(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する励起光射出部と、
前記励起光の照射により励起され、前記励起光とは異なる波長の蛍光を発生する蛍光発生部と、
前記励起光射出部及び前記蛍光発生部の間の光路中に設けられ、前記蛍光発生部から入射する前記蛍光を反射し、前記励起光射出部から入射する前記励起光を透過させる波長分離部と、を有し、
前記波長分離部は、前記励起光射出部から前記波長分離部への前記励起光の最大入射角以下の角度で進行する前記励起光を透過させ、前記蛍光発生部で散乱し前記最大入射角以上の角度で進行する前記励起光の少なくとも一部を反射することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
ある角度で前記波長分離部へ入射する光についての波長と透過率との関係を表した場合に、前記波長の増大に対して前記透過率が所定の傾きで減少する部分を当該傾きに沿って延伸させて前記透過率が仮想的に１００％となるときの波長を、カットオフ波長と定義するとして、
前記波長分離部は、前記最大入射角で入射する光についての前記カットオフ波長が、前記励起光が持つ波長の付近に設定されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
複数の前記励起光射出部を有し、
複数の前記励起光射出部のうち、前記波長分離部へ前記最大入射角で前記励起光を入射させる位置にある励起光射出部は、基準波長の光を前記励起光として射出し、
複数の前記励起光射出部のうち、前記波長分離部へ前記最大入射角より小さい入射角で前記励起光を入射させる位置にある励起光射出部は、前記基準波長より長波長の光を前記励起光として射出することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
複数の前記励起光射出部を有し、
複数の前記励起光射出部が射出する前記励起光は、前記波長分離部の入射面へＰ偏光として入射する光であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記蛍光発生部が設けられた蛍光体用基板を有し、
前記波長分離部は、前記蛍光体用基板と前記蛍光発生部との間に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記励起光射出部から射出された前記励起光を前記蛍光発生部にて集光させる集光光学系を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記励起光は、青色光であって、
前記蛍光発生部は、緑色光を含む前記蛍光を発生することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びプロジェクター、特に、プロジェクターに用いられる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターの高性能化に関して、広色域かつ高効率な光源としてレーザーが注目されている。従来、プロジェクターに用いられる光源装置の一つとして、レーザー光を励起光として、励起光とは異なる波長の蛍光を発生させる光源装置が提案されている。例えば、特許文献１には、蛍光体で発生した蛍光を効率良く射出可能とするために、蛍光体に対して励起光源側にダイクロイック膜を設ける技術が提案されている。ダイクロイック膜は、励起光を透過させ蛍光を反射するように波長特性を設定することで、励起光源からの励起光を透過させて蛍光体へ入射させるとともに、蛍光体で散乱した蛍光のうち励起光源へ向かって進行した光を反射して射出側へ進行させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光体へ入射した励起光は、蛍光体を励起することにより蛍光に変換される成分以外に、蛍光へ変換されずに散乱する成分も生じさせる。蛍光体で散乱した励起光のうち、励起光源へ向かって進行した成分は、ダイクロイック膜を透過して放出されることになる。光源装置は、ダイクロイック膜を透過して放出された励起光については有効利用することが困難であるために、光を供給する効率の低下が問題となる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高い効率で光を供給可能とする光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光射出部と、前記励起光の照射により励起され、前記励起光とは異なる波長の蛍光を発生する蛍光発生部と、前記励起光射出部及び前記蛍光発生部の間の光路中に設けられ、前記蛍光発生部から入射する前記蛍光を反射し、前記励起光射出部から入射する前記励起光を透過させる波長分離部と、を有し、前記波長分離部は、前記励起光射出部から前記波長分離部への前記励起光の最大入射角以下の角度で進行する前記励起光を透過させ、前記蛍光発生部で散乱し前記最大入射角以上の角度で進行する前記励起光の少なくとも一部を反射することを特徴とする。
【０００６】
蛍光発生部で散乱し励起光射出部へ戻る方向へ進行した励起光は、波長分離部へ入射する。蛍光発生部から波長分離部へ最大入射角以上の角度で入射した励起光の少なくとも一部は、波長分離部で反射し、蛍光発生部の励起に利用される。蛍光発生部から励起光射出部へ戻る方向へ進行した励起光の少なくとも一部を蛍光発生部の励起に利用することで、励起光の有効利用が可能となる。これにより、光源装置は、高い効率で光を供給することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、ある角度で前記波長分離部へ入射する光についての波長と透過率との関係を表した場合に、前記波長の増大に対して前記透過率が所定の傾きで減少する部分を当該傾きに沿って延伸させて前記透過率が仮想的に１００％となるときの波長を、カットオフ波長と定義するとして、前記波長分離部は、前記最大入射角で入射する光についての前記カットオフ波長が、前記励起光が持つ波長の付近に設定されることが望ましい。この条件の場合、最大入射角より大きい角度で波長分離部へ入射する光についてのカットオフ波長は、励起光の波長より短波長となる。これにより、波長分離部は、蛍光発生部で散乱し最大入射角より大きい角度で入射する励起光を反射する。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の前記励起光射出部を有し、複数の前記励起光射出部のうち、前記波長分離部へ前記最大入射角で前記励起光を入射させる位置にある励起光射出部は、基準波長の光を前記励起光として射出し、複数の前記励起光射出部のうち、前記波長分離部へ前記最大入射角より小さい入射角で前記励起光を入射させる位置にある励起光射出部は、前記基準波長より長波長の光を前記励起光として射出することが望ましい。ここで、ある波長の光について波長分離部へ入射する入射角と透過率との関係を表した場合に、入射角の増大に対して透過率が所定の傾きで減少する部分を当該傾きに沿って延伸させて透過率が仮想的に１００％となるときの入射角を、カットオフ角度と定義する。基準波長より長波長の光についてのカットオフ角度は、基準波長のカットオフ角度に比べて小さくなる。最大入射角より小さい角度で入射する励起光についてカットオフ角度を小さくすることで、蛍光発生部で散乱した励起光のうち励起光射出部へ戻る方向へ進行した成分のさらに多くを、波長分離部で反射するようにできる。これにより、光源装置は、光を供給する効率をさらに向上できる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、複数の前記励起光射出部を有し、複数の前記励起光射出部が射出する前記励起光は、前記波長分離部の入射面へＰ偏光として入射する光であることが望ましい。波長分離部であるダイクロイック膜は、一般的に、Ｓ偏光に対してＰ偏光のほうが、カットオフ波長が長波長となる。励起光としてＰ偏光を入射させることで、励起光射出部からダイクロイック膜へ入射する励起光を効率良く透過させる。また、蛍光発生部での散乱により生じたＳ偏光は、Ｐ偏光よりもカットオフ波長が短波長となるため、Ｐ偏光に比べて波長分離部で反射する成分が多くなる。このため、蛍光発生部で散乱しダイクロイック膜を透過する励起光を少なくすることができる。これにより、光源装置は、光を供給する効率をさらに向上できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、前記蛍光発生部が設けられた蛍光体用基板を有し、前記波長分離部は、前記蛍光体用基板と前記蛍光発生部との間に設けられることが望ましい。蛍光発生部のできるだけ近くに波長分離部を配置することで、波長分離部で反射して蛍光発生部へ戻る蛍光及び励起光の拡がりを抑え、蛍光発生部の発光点をできるだけ小さくすることができる。光源装置の発光点をできるだけ小さくすることで、光源装置より後方に配置される光学素子において取り込まれないこととなる光を低減させ、光源装置からの光を効率良く利用することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記励起光射出部から射出された前記励起光を前記蛍光発生部にて集光させる集光光学系を有することが望ましい。集光光学系によって蛍光発生部の発光点を収束させることで、光源装置より後方に配置される光学素子において取り込まれないこととなる光を低減させ、光源装置からの光を効率良く利用することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記励起光は、青色光であって、前記蛍光発生部は、緑色光を含む前記蛍光を発生することが望ましい。これにより、光源装置は、青色光と緑色光とを含む光を供給する。
【００１３】
さらに、本発明に係るプロジェクターは、上記の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とする。効率良く光を供給可能な光源装置を備えることで、プロジェクターは、効率良く明るい画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係るプロジェクターの概略構成図。
【図２】光源装置の概略構成図。
【図３】レーザーダイオードが配置された平面の模式図。
【図４】蛍光体の発光波長特性の例を示す図。
【図５】蛍光体へ入射する励起光と蛍光体で散乱する蛍光及び励起光を示す模式図。
【図６】入射角を異ならせた場合の透過率と入射光の波長との関係の例を表した図。
【図７】カットオフ波長について説明する図。
【図８】実施例２に係る光源装置のレーザーダイオードが配置された平面の模式図。
【図９】蛍光体へ入射する励起光について説明する模式図。
【図１０】波長を異ならせた場合における透過率と入射角との関係の例を表した図。
【図１１】カットオフ角度について説明する図。
【図１２】実施例３に係る光源装置のレーザーダイオードが配置された平面の模式図。
【図１３】Ｐ偏光及びＳ偏光について透過率と入射光の波長との関係の例を表した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクター１の概略構成図である。光源装置１０は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む照明光を射出する。コリメート光学系１１は、光源装置１０からの光をロッドインテグレーター１２に集光する。ロッドインテグレーター１２は、入射した光を内部にて多重反射させて均一化する。重畳レンズ１３は、ロッドインテグレーター１２にて複数に分割された光束を空間光変調装置にて重畳させる。
【００１７】
第１ダイクロイックミラー１４は、重畳レンズ１３から入射したＲ光及びＧ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１４を透過したＢ光は、反射ミラー１６での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板２０Ｂへ入射する。入射側偏光板２０Ｂを透過した光は、液晶パネル２１Ｂへ入射する。液晶パネル２１Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｂを透過した光は、射出側偏光板２２Ｂへ入射する。射出側偏光板２２Ｂを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【００１８】
第１ダイクロイックミラー１４で反射したＲ光およびＧ光は、第２ダイクロイックミラー１５へ入射する。第２ダイクロイックミラー１５は、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー１５での反射により光路が折り曲げられたＧ光は、入射側偏光板２０Ｇへ入射する。入射側偏光板２０Ｇを透過したＧ光は、液晶パネル２１Ｇへ入射する。液晶パネル２１Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｇを透過した光は、射出側偏光板２２Ｇへ入射する。射出側偏光板２２Ｇを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【００１９】
第２ダイクロイックミラー１５を透過したＲ光は、反射ミラー１７での反射により光路が折り曲げられ、リレーレンズ１８に入射する。リレーレンズ１８を透過したＲ光は、反射ミラー１９での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板２０Ｒへ入射する。入射側偏光板２０Ｒを透過したＲ光は、液晶パネル２１Ｒへ入射する。液晶パネル２１Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｒを透過した光は、射出側偏光板２２Ｒへ入射する。射出側偏光板２２Ｒを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【００２０】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２３は、各空間光変調装置で変調された光を合成して映像光とし、投写光学系２４へ進行させる。投写光学系２４は、クロスダイクロイックプリズム２３で合成された映像光を不図示のスクリーンへ投写する。
【００２１】
図２は、光源装置１０の概略構成図である。光源装置１０は、レーザーダイオードアレイ３０、集光レンズ３３、蛍光体用基板３４、ダイクロイック膜３５、蛍光体３６を有する。レーザーダイオードアレイ３０は、複数のレーザーダイオード３１と、複数のコリメーターレンズ３２を有する。レーザーダイオード３１は、励起光を発生させて射出する励起光射出部として機能する。励起光は、例えば、４５０ｎｍ付近の波長のＢ光である。コリメーターレンズ３２は、レーザーダイオード３１の射出部に対向させて設けられている。コリメーターレンズ３２は、レーザーダイオード３１からの励起光を平行化する。
【００２２】
図３は、レーザーダイオードアレイ３０のうち、レーザーダイオード３１が配置された平面の模式図である。レーザーダイオード３１は、平面上にて、５×５のアレイ状に配置されている。コリメーターレンズ３２（図２参照）は、レーザーダイオード３１に対応して、５×５のアレイ状に配置されている。
【００２３】
集光レンズ３３は、レーザーダイオードアレイ３０から射出された励起光を蛍光体３６にて集光させる集光光学系として機能する。ダイクロイック膜３５及び蛍光体３６は、蛍光体用基板３４のうち集光レンズ３３側とは反対側の面に設けられている。ダイクロイック膜３５は、蛍光体用基板３４と蛍光体３６との間に設けられている。蛍光体用基板３４は、例えば板状のガラス部材からなる。
【００２４】
蛍光体３６は、励起光の照射により励起され、励起光とは異なる波長の蛍光を発生する蛍光発生部として機能する。蛍光体３６としては、例えば、ＹＡＧ蛍光体を用いる。蛍光体３６は、蛍光体用基板３４のうちダイクロイック膜３５が形成された上に、蛍光体材料が透明樹脂に混入された状態で塗布されて構成されている。透明樹脂は、例えばシリコンである。透明樹脂は、例えば、蛍光体の粉末材料と混練された状態で塗布され、熱硬化させる。これにより、ダイクロイック膜３５の上に固着された蛍光体３６が得られる。
【００２５】
ダイクロイック膜３５は、蛍光体３６から入射する蛍光を反射し、レーザーダイオードアレイ３０からの励起光を透過させる波長分離部として機能する。ダイクロイック膜３５は、例えば、誘電体多層膜である。ダイクロイック膜３５は、例えば、ＴｉＯ２を高屈折率材、ＳｉＯ２を低屈折率材、ＢＫ７を基板とする、４０層から５０層の層構造をなしている。
【００２６】
図４は、蛍光体３６の発光波長特性の例を示す図である。蛍光体３６は、５７０ｎｍ付近を中心として、概ね４９０ｎｍから７５０ｎｍの波長領域の蛍光を発生させる（図中実線参照）。この蛍光には、５３０ｎｍ付近を中心とする波長領域のＧ光（図中一点鎖線参照）、６３０ｎｍを中心とする波長領域のＲ光（図中破線参照）が含まれている。蛍光体３６へ入射した励起光のうちの一部は、蛍光とともに蛍光体３６から射出する。光源装置１０は、Ｇ光およびＲ光を含む蛍光と、Ｂ光を含む励起光とを混合させることにより、白色の照明光を射出する。
【００２７】
図５は、蛍光体３６へ入射する励起光と、蛍光体３６で散乱する蛍光及び励起光について説明する模式図である。集光レンズ３３から蛍光体用基板３４を経てダイクロイック膜３５へ入射する励起光Ｌ１の最大入射角θｍは、例えば３０度である。ダイクロイック膜３５における入射角とは、ダイクロイック膜３５のうち蛍光体用基板３４側の面の法線と、入射光束の主光線とがなす角度とする。ダイクロイック膜３５は、４５０ｎｍ付近の波長の光について、最大入射角θｍ以下の角度で進行する成分を透過させる。また、ダイクロイック膜３５は、４５０ｎｍ付近の波長の光について、最大入射角θｍ以上の角度で進行する成分の少なくとも一部を反射するように設計されている。
【００２８】
図６は、入射角を異ならせた場合における透過率と入射光の波長との関係の例を表した図である。図７は、カットオフ波長について説明する図である。カットオフ波長は、波長分離部の波長特性及び入射角が決められている場合において、波長の増大に対して透過率が減少し始める波長である。カットオフ波長λｃは、ある角度で波長分離部へ入射する光についての波長と透過率との関係を図７に示すように表した場合に、波長の増大に対して透過率が所定の傾きで減少する部分Ｓ１を当該傾きに沿って延伸させて、透過率が仮想的に１００％となるときの波長とする。かかる入射角で入射する光については、カットオフ波長λｃ以下の波長である場合に１００％近く、例えば９５％程度の透過率を確保し、カットオフ波長λｃより波長が大きくなるに従い、透過率が低下するとともに反射率が増大することになる。
【００２９】
ダイクロイック膜３５は、入射角が大きくなるに従い、カットオフ波長λｃが短波長となる波長特性を備える。ダイクロイック膜３５は、最大入射角θｍで入射する光についてのカットオフ波長λｃが、励起光が持つ波長である４５０ｎｍ付近に設定されている。この条件の場合、最大入射角θｍより大きい角度でダイクロイック膜３５へ入射する光についてのカットオフ波長λｃは、励起光の波長より短波長となる。ダイクロイック膜３５のカットオフ波長λｃは、例えば、入射角が０度（垂直入射）のとき４７５ｎｍ、入射角が３０度のとき４５３ｎｍ、入射角が４５度のとき４３２ｎｍ、と設定されている。
【００３０】
ダイクロイック膜３５は、４５０ｎｍの励起光については、透過及び反射の境界と定義し得る入射角θｄが、最大入射角θｍより若干大きくなるように設定されている（｜θｄ｜＞｜θｍ｜）。最大入射角θｍ＝３０度に対して、透過及び反射の境界となる入射角θｄは、例えば３２度付近と設定される。このように、ダイクロイック膜３５は、最大入射角θｍ以上の角度で進行する励起光のうち、入射角θｄ以上で入射する成分を反射する。また、ダイクロイック膜３５は、蛍光が持つ４９０ｎｍ以上の波長に対しては、広い入射角について反射するように設計されている。
【００３１】
レーザーダイオードアレイ３０からの波長４５０ｎｍの励起光Ｌ１は、最大入射角θｍである３０度以下の入射角でダイクロイック膜３５へ入射することにより、ほぼ全てがダイクロイック膜３５を透過する。ダイクロイック膜３５を透過し、蛍光体３６へ入射した励起光Ｌ１の一部は、蛍光体３６を励起し、蛍光Ｌ２に変換される。蛍光体３６で発生した蛍光Ｌ２は、発光位置を中心として散乱（乱反射）する。
【００３２】
蛍光Ｌ２のうち、蛍光体３６で散乱し、蛍光体３６内部をダイクロイック膜３５側とは反対側へ向かって進行した成分は、蛍光体３６の外部へ射出する。蛍光Ｌ２のうち、蛍光体３６の内部をレーザーダイオードアレイ３０へ戻る方向へ進行した成分は、ダイクロイック膜３５で反射する。ダイクロイック膜３５で反射した蛍光Ｌ２は、蛍光体３６の内部をダイクロイック膜３５側とは反対側へ向かって進行し、蛍光体３６の外部へ射出する。
【００３３】
蛍光体３６へ入射した励起光Ｌ１のうち蛍光Ｌ２に変換された成分以外の成分は、蛍光体３６にて散乱する。励起光Ｌ１のうち、蛍光体３６で散乱し、蛍光体３６の内部をダイクロイック膜３５側とは反対側へ向かって進行した成分は、蛍光体３６の外部へ射出する。励起光Ｌ１のうち、蛍光体３６の内部をレーザーダイオードアレイ３０へ戻る方向へ進行し、入射角θｄ以上の角度でダイクロイック膜３５へ入射した成分は、ダイクロイック膜３５で反射する。
【００３４】
ダイクロイック膜３５で反射した励起光Ｌ１は、蛍光体３６の内部をダイクロイック膜３５側とは反対側へ向かって進行する。蛍光体３６の内部を進行した励起光Ｌ１の一部は、蛍光体３６を励起し、蛍光Ｌ２に変換される。蛍光Ｌ２に変換された成分、及び励起光Ｌ１として残存した成分は、それぞれ蛍光体３６で散乱する。散乱した蛍光Ｌ２、及び励起光Ｌ１のうち、蛍光体３６の内部をダイクロイック膜３５側とは反対側へ向かって進行した成分は、蛍光体３６の外部へ射出する。
【００３５】
このように、光源装置１０は、蛍光体３６からレーザーダイオードアレイ３０へ戻る方向へ進行した励起光Ｌ１の一部を、ダイクロイック膜３５での反射により、蛍光体用基板３４側へ漏れさせず、蛍光体３６に閉じ込める。ダイクロイック膜３５での反射により蛍光体３６に閉じ込めた励起光Ｌ１は、蛍光体３６の励起に利用される。光源装置１０は、ダイクロイック膜３５による励起光Ｌ１の閉じ込め作用により、レーザーダイオードアレイ３０から射出した励起光Ｌ１を有効に利用し、効率良く光を射出することが可能となる。これにより、光源装置１０は、高い効率で光を供給することが可能となる。プロジェクター１は、光源装置１０を適用することで、効率良く明るい画像を得ることができる。
【００３６】
ダイクロイック膜３５は、蛍光体用基板３４に一体とされた構成の中で、蛍光体３６に最も近い位置に配置されている。光源装置１０は、蛍光体３６のできるだけ近くにダイクロイック膜３５を配置することで、ダイクロイック膜３５で反射して蛍光体３６へ戻る蛍光Ｌ２及び励起光Ｌ１の拡がりが抑えられる。光源装置１０は、蛍光Ｌ２及び励起光Ｌ１の拡がりを抑えるとともに、レーザーダイオードアレイ３０からの励起光Ｌ１を集光レンズ３３により集光させることで、蛍光体３６における発光点をできるだけ小さくすることができる。プロジェクター１は、光源装置１０の発光点をできるだけ小さくすることで、光源装置１０より後方に配置される光学素子において取り込まれないこととなる光を低減させ、光源装置１０からの光を効率良く利用することが可能となる。
【００３７】
なお、ダイクロイック膜３５は、蛍光体用基板３４と蛍光体３６との間に設けられる場合に限られない。ダイクロイック膜３５は、少なくとも、レーザーダイオードアレイ３０及び蛍光体３６の間の光路中に設けられていれば良い。レーザーダイオードアレイ３０に設けられるレーザーダイオード３１は、２５個を５×５のアレイ状に配置される場合に限られない。レーザーダイオード３１の数及び配置は、プロジェクター１の構成や性能等に応じて適宜変更しても良い。光源装置１０は、本実施例で説明する励起光の波長や蛍光体の種類を採用する場合に限られず、他の波長の励起光や他の蛍光体を適用しても良い。
【実施例２】
【００３８】
図８は、本発明の実施例２に係る光源装置のうち、レーザーダイオードアレイ４０にレーザーダイオード４１が配置された平面の模式図である。図９は、蛍光体３６へ入射する励起光について説明する模式図である。本実施例では、複数のレーザーダイオード４１のうち、ダイクロイック膜３５へ最大入射角より小さい入射角で励起光を入射させるレーザーダイオード４１が、基本波長より長波長の光を励起光として射出する。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３９】
レーザーダイオード４１は、平面上にて、５×５のアレイ状に配置されている。レーザーダイオードアレイ４０の中心に位置するレーザーダイオード４１ａは、ダイクロイック膜３５の入射面に対して垂直に入射する励起光Ｌ１１を射出する。レーザーダイオードアレイ４０のうち四隅に位置するレーザーダイオード４１ｂは、ダイクロイック膜３５の入射面に対して最大入射角θｍで入射する励起光Ｌ１２を射出する。
【００４０】
ダイクロイック膜３５へ最大入射角θｍで励起光Ｌ１２を入射させる位置にあるレーザーダイオード４１ｂは、基準波長、例えば４５０ｎｍの光を、励起光Ｌ１２として射出する。ダイクロイック膜３５へ垂直に励起光Ｌ１１を入射させる位置にあるレーザーダイオード４１ａは、基準波長より長波長、例えば４６５ｎｍの光を、励起光Ｌ１１として射出する。
【００４１】
図１０は、波長を異ならせた場合における透過率と入射角との関係の例を表した図である。図１１は、カットオフ角度について説明する図である。カットオフ角度は、波長分離部の波長特性及び入射光の波長が決められている場合において、入射角の増大に対して透過率が減少し始める入射角である。カットオフ角度θｃは、ある波長の光について波長分離部へ入射する入射角と透過率との関係を図１１に示すように表した場合に、入射角の増大に対して透過率が所定の傾きで減少する部分Ｓ２を当該傾きに沿って延伸させて透過率が仮想的に１００％になるときの入射角とする。かかる波長の光については、カットオフ角度θｃ以下の入射角である場合に１００％近く、例えば９５％程度の透過率を確保し、カットオフ角度θｃより入射角が大きくなるに従い、透過率が低下するとともに反射率が増大することになる。
【００４２】
ダイクロイック膜３５は、波長が長波長となるに従い、カットオフ角度θｃが小さくなる角度特性を備える。ダイクロイック膜３５は、基本波長である４５０ｎｍの光についてのカットオフ角度θｃが、最大入射角θｍ付近、例えば３２度と設定されている。基準波長より長波長の光についてのカットオフ角度θｃは、基準波長のカットオフ角度θｃに比べて小さくなる。波長が４６５ｎｍの光のカットオフ角度θｃは、例えば２２度と設定されている。
【００４３】
レーザーダイオードアレイ４０からの波長４５０ｎｍの励起光Ｌ１１、波長４６５ｎｍの励起光Ｌ１２は、いずれもカットオフ角度θｃより小さい入射角でダイクロイック膜３５へ入射することにより、ダイクロイック膜３５を透過する。波長４５０ｎｍの励起光Ｌ１１のうち、蛍光体３６の内部をダイクロイック膜３５に向かって進行し、カットオフ角度θｃ＝３２度以上の角度でダイクロイック膜３５へ入射した成分は、ダイクロイック膜３５で反射する。
【００４４】
波長４６５ｎｍの励起光Ｌ１２のうち、蛍光体３６の内部をダイクロイック膜３５に向かって進行し、カットオフ角度θｃ＝２２度以上の角度でダイクロイック膜３５へ入射した成分は、ダイクロイック膜３５で反射する。複数のレーザーダイオード４１のうち、中心に位置するレーザーダイオード４１ａ、四隅のレーザーダイオード４１ｂ以外の２０個のレーザーダイオード４１の波長は、基準波長より長波長であれば良く、適宜設定可能である。かかる２０個のレーザーダイオード４１の波長は、ダイクロイック膜３５への入射角に応じて、基本波長である４５０ｎｍと、最大波長である４６５ｎｍとの間の波長としても良く、いずれも最大波長４６５ｎｍと同程度の波長としても良い。レーザーダイオードアレイ４０は、積極的に波長差を持たせて製造されたレーザーダイオード４１を使用する他、製造ばらつきに由来する波長差を持つレーザーダイオード４１を選別して配置したものとしても良い。
【００４５】
本実施例に係る光源装置は、最大入射角θｍより小さい角度でダイクロイック膜３５へ入射させる励起光を基本波長より長波長とし、カットオフ角度θｃを小さくする。カットオフ角度θｃを調整することで、光源装置は、蛍光体３６で散乱した励起光のうちレーザーダイオードアレイ４０へ戻る方向へ進行した成分を、さらに多くダイクロイック膜３５で反射させ、蛍光体３６に閉じ込めるようにできる。これにより、光源装置は、光を供給する効率をさらに向上できる。
【００４６】
光源装置は、波長分離部へ最大入射角より小さい角度で励起光を入射させる位置にある励起光射出部の全てが、基準波長より長波長の光を射出するものである場合に限られない。波長分離部へ最大入射角より小さい角度で励起光を入射させる位置にある励起光射出部には、基準波長と同じ波長の光を射出するものや、基準波長より短波長の光を射出するものが混在していても良いものとする。光源装置１０は、波長分離部へ最大入射角より小さい角度で励起光を入射させる位置にある励起光射出部の少なくとも一部が、基準波長より長波長の光を射出するものであれば良い。
【実施例３】
【００４７】
図１２は、本発明の実施例３に係る光源装置のうち、レーザーダイオードアレイ５０にレーザーダイオード５１が配置された平面の模式図である。本実施例では、複数のレーザーダイオード５１が、励起光としてＰ偏光を射出する。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４８】
レーザーダイオード５１は、平面上にて、５×５のアレイ状に配置されている。各レーザーダイオード５１は、偏光面を放射状に揃えることで、いずれも、ダイクロイック膜３５の入射面へＰ偏光で入射する光を射出する。なお、図中の両矢印は、レーザーダイオード５１から射出する光の偏光方向を表すものとする。
【００４９】
図１３は、Ｐ偏光及びＳ偏光について透過率と入射光の波長との関係の例を表した図である。ここでは、ダイクロイック膜３５の入射面へ４５度の入射角で入射するＰ偏光Ｌｐ及びＳ偏光Ｌｓを例として示している。一般に、ダイクロイック膜３５は、Ｐ偏光に比べてＳ偏光のほうが反射し易い特性を持つ。ダイクロイック膜３５のカットオフ波長は、Ｓ偏光に比べてＰ偏光のほうが長波長となる。本実施例のダイクロイック膜３５は、Ｐ偏光のみに特化する波長特性で設計及び作成がなされている。
【００５０】
本実施例に係る光源装置は、Ｐ偏光に特化する波長特性のダイクロイック膜３５へ、Ｐ偏光に揃えられた励起光を入射させることで、レーザーダイオードアレイ５０からの励起光をダイクロイック膜３５へ透過させ易くする。また、ダイクロイック膜３５を透過して蛍光体３６に入射した励起光の一部は、蛍光体３６での散乱により、偏光方向が変換される。蛍光体３６での散乱により生じたＳ偏光は、Ｐ偏光よりもカットオフ波長が短波長となるため、Ｐ偏光に比べてダイクロイック膜３５で反射する成分が多くなる。このため、光源装置は、蛍光体３６で散乱しダイクロイック膜３５を透過する励起光を少なくすることができる。
【００５１】
光源装置は、蛍光体３６で散乱した励起光のうちレーザーダイオードアレイ４０へ戻る方向へ進行した成分を、さらに多くダイクロイック膜３５で反射させ、蛍光体３６に閉じ込めるようにできる。これにより、光源装置は、光を供給する効率をさらに向上できる。
【００５２】
光源装置１０は、複数の励起光射出部の全てがＰ偏光を射出するものである場合に限られない。複数の励起光射出部には、Ｐ偏光以外の光を射出するものが混在していても良いものとする。光源装置１０は、複数の励起光射出部の少なくとも一部が、励起光として、波長分離部の入射面へＰ偏光として入射する光を射出するものであれば良い。また、本実施例の光源装置も、実施例２と同様に、波長分離部へ最大入射角より小さい角度で励起光を入射させる位置にある励起光射出部が、基準波長より長波長の光を射出するものとしても良い。
【００５３】
プロジェクター１は、空間光変調装置に透過型の液晶パネルを用いるものに限られない。プロジェクター１は、反射型のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を適用しても良い。また、プロジェクター１は、画像信号に応じて変調された光を被照射面上にて走査させる走査光学系、例えばＭＥＭＳミラー等を適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る光源装置及びプロジェクターは、レーザー光を用いて画像を表示する場合に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１  プロジェクター、１０  光源装置、１１  コリメート光学系、１２  ロッドインテグレーター、１３  重畳レンズ、１４  第１ダイクロイックミラー、１５  第２ダイクロイックミラー、１６、１７、１９  反射ミラー、１８  リレーレンズ、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ  入射側偏光板、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ  液晶パネル、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ  射出側偏光板、２３  クロスダイクロイックプリズム、２４  投写光学系、３０  レーザーダイオードアレイ、３１  レーザーダイオード、３２  コリメーターレンズ、３３  集光レンズ、３４  蛍光体用基板、３５  ダイクロイック膜、３６  蛍光体、４０  レーザーダイオードアレイ、４１、４１ａ、４１ｂ  レーザーダイオード、５０  レーザーダイオードアレイ、５１  レーザーダイオード、Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２  励起光、Ｌ２  蛍光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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