(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を用いて蛍光を発する光源装置であって、
前記励起光を出射する励起光源と
基板の表面に蛍光体が塗布された蛍光板と、
前記励起光が前記蛍光体に照射されることで第１の方向に発せられた蛍光を、光合成部まで導光する第１の光学系と、
前記励起光が前記蛍光体に照射されることで第２の方向に発せられた蛍光を、前記光合成部まで導光する第２の光学系とを備え、
前記第１の光学系、及び前記第２の光学系は、前記蛍光板に対向配置され、前記蛍光体からの蛍光を集光するコンデンサレンズを有する、光源装置。
【請求項２】
前記励起光源は、第１及び第２の光源を含み、
前記第１の光学系による蛍光を発する前記第１の方向は、前記第１の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が反射する方向であり、
前記第２の光学系による蛍光を発する前記第２の方向は、前記第２の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が反射する方向であ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】
前記蛍光板は、
基板と、
前記基板の両面に成膜された反射膜と、
前記反射膜上に塗布された前記蛍光体とで構成され、
前記第１及び第２の光源は、前記蛍光板の異なる面の前記蛍光体にそれぞれ励起光を照射することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１の方向に発せられた蛍光の軸と前記第２の方向に発せられた蛍光の軸とが同一軸上にあり、
前記第１の光学系と前記第２の光学系とが、前記蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることを特徴とする、請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１の方向に発せられた蛍光の軸と前記第２の方向に発せられた蛍光の軸とが同一軸上にないように、前記第１の方向に蛍光を発するための前記蛍光体における励起光照射位置と前記第２の方向に蛍光を発するための前記蛍光体における励起光照射位置とが異なることを特徴とする、請求項３に記載の光源装置。
【請求項６】
前記蛍光板は、
基板と、
前記基板の片面に成膜された反射膜と、
前記反射膜上に塗布された前記蛍光体とで構成され、
前記第１及び第２の光源は、前記蛍光板の同じ片面に励起光をそれぞれ照射することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１の方向と前記第２の方向とが平行であり、
前記第１の光学系と前記第２の光学系とが、前記蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることを特徴とする、請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記蛍光板は、
透明基板と、
前記透明基板の片面に塗布された前記蛍光体とで構成され、
前記第１及び第２の光源は、前記蛍光板の異なる面の前記蛍光体にそれぞれ励起光を照射することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の方向に発せられた蛍光の軸と前記第２の方向に発せられた蛍光の軸とが同一軸上にあり、
前記第１の光学系と前記第２の光学系とが、前記蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることを特徴とする、請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１の光学系による蛍光を発する前記第１の方向は、前記励起光源が出射する励起光の入射方向に対して光が反射する方向であり、
前記第２の光学系による蛍光を発する前記第２の方向は、前記励起光源が出射する励起光の入射方向に対して光が透過する方向であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記蛍光板は、
透明基板と、
前記透明基板の片面の少なくとも一部に塗布された前記蛍光体とで構成され、
前記励起光源は、前記蛍光板の片面に励起光を照射することを特徴とする、請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１の光学系と前記第２の光学系とが、前記蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることを特徴とする、請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記励起光源は、第１及び第２の光源を含み、
前記第１の光学系による蛍光を発する前記第１の方向は、前記第１の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が透過する方向であり、
前記第２の光学系による蛍光を発する前記第２の方向は、前記第２の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が透過する方向であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第１の方向と前記第２の方向とが平行であり、
前記第１の光学系と前記第２の光学系とが、前記蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることを特徴とする、請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第１の光学系の光学的距離と前記第２の光学系の光学的距離とが略同一であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記励起光源は、複数の半導体レーザからなることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記蛍光体が前記第１の方向に発する蛍光と、前記蛍光体が前記第２の方向に発する蛍光とは、蛍光スペクトルが略同一であることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２の光学系は、前記蛍光体が発する蛍光の主たる波長域とは異なる波長域の色光を発する別光源を少なくとも１つ備えることを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記蛍光板から発せられる蛍光の光強度と、前記別光源が発する色光の光強度とが同じであることを特徴とする、請求項１８に記載の光源装置。
【請求項２０】
前記別光源の色光は、前記蛍光板から発せられる蛍光と合成されることで白色光を生成する色光であることを特徴とする、請求項１８に記載の光源装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力される光を入射し、映像信号に応じた入射光の変調を行う画像表示素子と、
前記画像表示素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える、投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置、及びこの投写型表示装置に利用される光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶やミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、放電ランプが広く利用されている。しかし、放電ランプは、寿命が短く信頼性が低いという問題点を抱えている。
これらの課題を解決するため、光源として、半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源を用いた投写型表示装置が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、赤色、緑色、及び青色の３色のレーザ光源を用いる投写型表示装置では、特に緑色光でのスペックルが目立ち、画質に問題がある。また、赤色、緑色、及び青色の３色のＬＥＤを用いた光源では、特に緑色ＬＥＤの発光効率が悪く、投写型表示装置の明るさ向上に課題があった。
そのため、固体光源を用いた投写型表示装置を高輝度化する別の手法として、複数種類の固体光源と、固体光源からの光で励起されて蛍光を発する蛍光体とを組み合わせた、光源装置を構成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１では、青色光をレーザ光源から、赤色光をＬＥＤから、緑色光を青色で用いたレーザ光源を利用して蛍光体を励起することによって、それぞれ取得するという構成を用いている。この発光効率のよい青色レーザ光源と緑色蛍光体とを組み合わせた構成は、発光効率が悪い緑色ＬＥＤ光源や緑色レーザ光源などを用いた照明装置において課題となっていた緑色光量の不足を解消できるという点で、有効な構成といえる。
【０００６】
一方で、この青色レーザ光源と緑色蛍光体とを組み合わせた構成は、赤色光源としてＬＥＤを用いているため、照明装置をより高輝度化しようとした場合、赤色光の出力向上が課題となる。ところが、青色レーザ光源とそれを用いて励起される緑色蛍光の出力を増やすことは、比較的容易であるが、赤色ＬＥＤ光源は、一灯のまま出力を向上させることは大変困難である。
【０００７】
また、照明装置に用いる光源は、自然な映像を表現するために赤、青、及び緑の光の３原色を含む必要がある。そのため、特許文献１に記載された構成で出力を増加させると、赤色が不足し、白色を表現する際に必要となる赤色、青色、及び緑色のバランスが崩れ、白色の印象が悪くなる、あるいは、映像表現した場合に赤色のみ暗い映像となってしまうという問題が生じる。
【０００８】
そのため、赤色、青色、及び緑色の強度バランスを保ったまま高輝度化を行うために、赤色用、青色用、及び緑色用の各光源を、それぞれ複数の同一光源で構成することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、従来の蛍光体を用いた投写型表示装置では、複数色の光源が独立して存在し部品点数が多い。このため、従来の投写型表示装置を、高輝度化のために単純に各色用の光源を複数で構成した場合、さらにその部品点数が増加してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、白バランスの良好な白色光を高効率かつ高輝度で出射することが可能な光源装置、及びその光源装置を用いて構成される小型の投写型表示装置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】
【００１１】
本発明は、励起光を用いて蛍光を発する光源装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、励起光を出射する励起光源と  基板の表面に蛍光体が塗布された蛍光板と、励起光が蛍光体に照射されることで第１の方向に発せられた蛍光を、光合成部まで導光する第１の光学系と、励起光が蛍光体に照射されることで第２の方向に発せられた蛍光を、光合成部まで導光する第２の光学系とを備えている。
また、この光源装置と、光源装置から出力される光を入射し、映像信号に応じた入射光の変調を行う画像表示素子と、画像表示素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備えれば、投写型表示装置を構成することができる。
【００１２】
この光源装置では、励起光源に第１及び第２の光源を持たせ、第１の方向を第１の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が反射する方向とし、第２の方向を第２の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が反射する方向とする。
【００１３】
具体的には、蛍光板を、基板と基板の両面に成膜された反射膜と反射膜上に塗布された蛍光体とで構成し、第１及び第２の光源の励起光を蛍光板の異なる面の蛍光体にそれぞれ照射させる。この場合、第１の方向に発せられた蛍光の軸と第２の方向に発せられた蛍光の軸とが同一軸上にあり、第１の光学系と第２の光学系とが、蛍光板を中心に略対称な位置関係にあるか、第１の方向に発せられた蛍光の軸と第２の方向に発せられた蛍光の軸とが同一軸上にないように、第１の方向に蛍光を発するための蛍光体における励起光照射位置と第２の方向に蛍光を発するための蛍光体における励起光照射位置とが異なる、ことが望ましい。
又は、蛍光板を、基板と基板の片面に成膜された反射膜と反射膜上に塗布された蛍光体とで構成し、第１及び第２の光源の励起光を蛍光板の同じ片面にそれぞれ照射させる。この場合、第１の方向と第２の方向とが平行であり、第１の光学系と第２の光学系とが、蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることが望ましい。
あるいは、蛍光板を、透明基板と透明基板の片面に塗布された蛍光体とで構成し、第１及び第２の光源の励起光を、蛍光板の異なる面の蛍光体にそれぞれ照射させる。この場合、第１の方向に発せられた蛍光の軸と第２の方向に発せられた蛍光の軸とが同一軸上にあり、第１の光学系と第２の光学系とが、蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることが望ましい。
【００１４】
また、この光源装置では、第１の方向を励起光源が出射する励起光の入射方向に対して光が反射する方向とし、第２の方向を励起光源が出射する励起光の入射方向に対して光が透過する方向としてもよい。
【００１５】
具体的には、蛍光板を、透明基板と透明基板の片面の少なくとも一部に塗布された蛍光体とで構成し、励起光源の励起光を蛍光板の片面に照射させる。この場合、第１の光学系と第２の光学系とが、蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることが望ましい。
【００１６】
さらに、この光源装置では、励起光源に第１及び第２の光源を持たせ、第１の方向を第１の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が透過する方向とし、第２の方向を第２の光源が出射する励起光の入射方向に対して光が透過する方向としてもよい。この場合、第１の方向と第２の方向とが平行であり、第１の光学系と第２の光学系とが、蛍光板を中心に略対称な位置関係にあることが望ましい。
【００１７】
なお、第１の光学系の光学的距離と第２の光学系の光学的距離とが略同一であることが好ましい。また、励起光源は、複数の半導体レーザからなることが好ましい。また、蛍光体が第１の方向に発する蛍光と、蛍光体が第２の方向に発する蛍光とは、蛍光スペクトルが略同一であることが好ましい。
さらに、第１及び第２の光学系は、蛍光体が発する蛍光の主たる波長域とは異なる波長域の色光を発する別光源を少なくとも１つ備えてもよい。この際、蛍光板から発せられる蛍光の光強度と、別光源が発する色光の光強度とを同じにするとよい。典型的には、別光源の色光は、蛍光板から発せられる蛍光と合成されることで白色光を生成する色光である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２つの光学系でそれぞれ生成される青色レーザ光から励起された緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。よって、白バランスが良好な白色光を高効率かつ高輝度で出射できる、小型の投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る光源装置１の構成図
【図１Ｂ】第１の実施形態に係る光源装置１の変形例の構成図
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る蛍光板３１の構成図
【図２Ｂ】図１の固体光源ユニット１０及び２０の構成図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光源装置２の構成図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る蛍光板３２の構成図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光源装置３の構成図
【図６】本発明の第３及び第４の実施形態に係る蛍光板３３の構成図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光源装置４の構成図
【図８】本発明の第５の実施形態に係る光源装置５の構成図
【図９】本発明の第５の実施形態に係る蛍光板３５の構成図
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る光源装置６の構成図
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る蛍光板３６の構成図
【図１２】本発明の光源装置を用いた投写型表示装置７の構成図
【図１３】本発明の光源装置を用いた投写型表示装置８の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光源装置１の構成を示す図である。図１Ａにおいて、第１の実施形態に係る光源装置１は、固体光源ユニット１０及び２０と、第１の光学系１１と、第２の光学系２１と、蛍光板３１と、光合成部４１とを備える。
図２Ａは、図１Ａの蛍光板３１の詳細な構成例を示す図である。図２Ａにおいて、（ａ）は蛍光板３１の正面図であり、（ｂ）は蛍光板３１の側面図である。図２Ｂは、図１Ａの青色半導体レーザ１２０及び２２０の配置例を説明する図である。
【００２１】
まず、第１の実施形態に係る光源装置１の各構成を説明する。
［蛍光板３１の構成］
蛍光板３１は、ガラス基板３１１と、反射膜３１２及び３１４と、蛍光体層３１３及び３１５と、モータ３１６とを備えている。
ガラス基板３１１は、透明なガラスからなる円形形状の基板である。このガラス基板３１１は、本第１の実施形態と後述する第２の実施形態では、放熱性に優れていればガラス以外の金属などであってもよい。モータ３１６は、ガラス基板３１１の中央部に設けられており、ガラス基板３１１の中心を回転軸とした回転制御を行う。ガラス基板３１１の一方表面（以下、第１面という）には、反射膜３１２が成膜されており、その反射膜３１２上には蛍光体層３１３が円環状に形成されている。同様に、ガラス基板３１１の他方表面（以下、第２面という）には、反射膜３１４が成膜されており、その反射膜３１４上には蛍光体層３１５が円環状に形成されている。反射膜３１２及び３１４は、蛍光などの可視光を反射する誘電体薄膜である。蛍光体層３１３及び３１５は、青色の励起光により励起されて緑色の蛍光を発する蛍光体を含んでいる。モータ３１６によって回転制御される蛍光板３１は、励起光による蛍光体の温度上昇を抑制し、励起光から蛍光への変換効率を安定に維持することができる。
【００２２】
［固体光源ユニット１０及び２０の構成］
固体光源ユニット１０は、複数の青色半導体レーザ１２０、放熱板１２１、及び複数のコリメートレンズ１２２を含む。固体光源ユニット２０は、複数の青色半導体レーザ２２０、放熱板２２１、及び複数のコリメートレンズ２２２を含む。この固体光源ユニット１０及び固体光源ユニット２０は、共に同じ構成をしており、励起光源を構成する。
【００２３】
複数の青色半導体レーザ１２０は、放熱板１２１上に一定の間隔で２次元状に配置されており、それぞれ青色のレーザ光を発する。複数の青色半導体レーザ２２０は、放熱板２２１上に一定の間隔で２次元状に配置されており、それぞれ青色のレーザ光を発する。本実施形態では、６行×３列の１８個の青色半導体レーザ１２０及び２２０が、放熱板１２１及び２２１上にそれぞれ配置されている構成を示している（図２Ｂを参照）。放熱板１２１及び２２１は、複数の青色半導体レーザ１２０及び２２０が発生する熱を放出させて固体光源ユニット１０及び２０を冷却するために用いられている。複数のコリメートレンズ１２２は、複数の青色半導体レーザ１２０にそれぞれ対応して設けられており、各々の青色半導体レーザ１２０から出射されるレーザ光を平行光に変換する。また、複数のコリメートレンズ２２２は、複数の青色半導体レーザ２２０にそれぞれ対応して設けられており、各々の青色半導体レーザ２２０から出射されるレーザ光を平行光に変換する。
【００２４】
この固体光源ユニット１０は、複数のコリメートレンズ１２２から出射されるレーザ光束の光軸が、蛍光板３１の蛍光体層３１３が形成された第１面と略垂直に交わる位置に設けられている。一方、この固体光源ユニット２０は、複数のコリメートレンズ２２２から出射されるレーザ光束の光軸が、蛍光板３１の蛍光体層３１５が形成された第２面と略垂直に交わる位置に設けられている。
【００２５】
［第１の光学系１１の構成］
第１の光学系１１は、凸レンズ１３０と、拡散板１３１と、凹レンズ１３２と、青透過ダイクロイックミラー１３３と、赤透過ダイクロイックミラー１４６と、コンデンサーレンズ１３４、１４４、１４９、及び１５０と、リレーレンズ１４５と、青色光源１４１と、赤色光源１５１とを備える。
【００２６】
青色光源１４１は、青色ＬＥＤ１４２及び放熱板１４３を含む。青色ＬＥＤ１４２は、熱を放出させるための放熱板１４３上に設けられ、緑色蛍光の主たる波長域とは異なる波長域を有した青色のＬＥＤ光を発光する。この青色光源１４１は、発光するＬＥＤ光の光軸が、固体光源ユニット１０が出射するレーザ光束の光軸と直交する位置に設けられている。
【００２７】
赤色光源１５１は、赤色ＬＥＤ１４７及び放熱板１４８を含む。赤色ＬＥＤ１４７は、熱を放出させるための放熱板１４８上に設けられ、緑色蛍光の主たる波長域とは異なる波長域を有した赤色のＬＥＤ光を発光する。この赤色光源１５１は、発光するＬＥＤ光の光軸が、固体光源ユニット１０が出射するレーザ光束の光軸と平行となる位置に設けられている。
【００２８】
凸レンズ１３０、拡散板１３１、凹レンズ１３２、青透過ダイクロイックミラー１３３、及びコンデンサーレンズ１３４は、固体光源ユニット１０と蛍光板３１との間に配置される。凸レンズ１３０は、入射光を集光する。拡散板１３１は、表面に微細な凹凸形状を有したガラス基板であり、入射光を拡散させる。凹レンズ１３２は、入射光を略平行光に変換して出射する。青透過ダイクロイックミラー１３３は、ミラー面がレーザ光束の光軸に対して約４５度の傾斜を有するように設置された誘電体多層膜であり、青色レーザ光及び青色ＬＥＤ光を透過し、緑色蛍光を反射する特性を備える。コンデンサーレンズ１３４は、平行光からスポット光への変換、又はスポット光から平行光への変換を行う。
【００２９】
コンデンサーレンズ１４４は、青色光源１４１と青透過ダイクロイックミラー１３３との間に配置され、入射光を平行光に変換する。コンデンサーレンズ１４９、赤透過ダイクロイックミラー１４６、及びコンデンサーレンズ１５０は、赤色光源１５１と光合成部４１と間に配置される。コンデンサーレンズ１４９は、入射光を平行光に変換する。赤透過ダイクロイックミラー１４６は、ミラー面が青透過ダイクロイックミラー１３３のミラー面に対して約９０度の傾斜を有するように設置された誘電体多層膜であり、赤色ＬＥＤ光を透過し、青色ＬＥＤ光及び緑色蛍光を反射する特性を備える。コンデンサーレンズ１５０は、平行光をスポット光に変換する。リレーレンズ１４５は、平行光の状態を維持するために、青透過ダイクロイックミラー１３３と赤透過ダイクロイックミラー１４６との間に挿入される。
【００３０】
［第２の光学系２１の構成］
第２の光学系２１は、凸レンズ２３０と、拡散板２３１と、凹レンズ２３２と、青透過ダイクロイックミラー２３３と、赤透過ダイクロイックミラー２４６と、コンデンサーレンズ２３４、２４４、２４９、及び２５０と、リレーレンズ２４５と、青色光源２４１と、赤色光源２５１とを備える。
【００３１】
この第２の光学系２１は、上述した第１の光学系１１と全く構成が同じであるが、蛍光板３１に対して左右対称に各構成が配置されていることが異なる。すなわち、固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光の光軸と、固体光源ユニット２０から出射される青色レーザ光の光軸とが、一致する。以降の各本実施形態では、第２の光学系２１において、配置が左右対称となるだけで第１の光学系１１と同一の構成については、参照符号の百の位を「１」から「２」に付け替えて表現し、重複する説明は省略する。
【００３２】
［光合成部４１の構成］
光合成部４１は、ロッドインテグレータ４１１と、合成プリズム４１２及び４１３とを備えている。
合成プリズム４１２及び４１３は、斜面にそれぞれ反射コートが施されており、ロッドインテグレータ４１１の一方端に左右対称の状態で設けられている。この合成プリズム４１２は、第１の光学系１１のコンデンサーレンズ１５０から出射されるスポット光をロッドインテグレータ４１１内に導光し、合成プリズム４１３は、第２の光学系２１のコンデンサーレンズ２５０から出射されるスポット光をロッドインテグレータ４１１内に導光する。
【００３３】
［光源装置１の動作］
次に、第１の実施形態に係る光源装置１の動作を説明する。
固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光（励起光）は、凸レンズ１３０で集光され、拡散板１３１及び凹レンズ１３２を介して略平行光となって、青透過ダイクロイックミラー１３３へ入射される。青透過ダイクロイックミラー１３３は青色レーザ光を透過するため、青色レーザ光は、コンデンサーレンズ１３４で集光されて蛍光板３１の蛍光体層３１３が形成された第１面へスポット照射される（図１Ａにおける＋Ｘ方向）。
また、固体光源ユニット２０から出射される青色レーザ光（励起光）は、凸レンズ２３０で集光され、拡散板２３１及び凹レンズ２３２を介して略平行光となって、青透過ダイクロイックミラー２３３へ入射される。青色レーザ光は、青透過ダイクロイックミラー２３３を透過し、コンデンサーレンズ２３４で集光されて蛍光板３１の蛍光体層３１５が形成された第２面へスポット照射される（図１Ａにおける−Ｘ方向）。
【００３４】
蛍光体層３１３に照射された青色レーザ光は、蛍光体層３１３に含まれる緑色蛍光体によって波長変換されて緑色蛍光を発する。ここで、蛍光板３１のガラス基板３１１の第１面には反射膜３１２が成膜されているため、発生する緑色蛍光は、コンデンサーレンズ１３４側（図１Ａにおける−Ｘ方向）に集められて、出射される。
また、蛍光体層３１５に照射された青色レーザ光は、蛍光体層３１５に含まれる緑色蛍光体によって波長変換されて緑色蛍光を発する。ここで、蛍光板３１のガラス基板３１１の第２面には反射膜３１４が成膜されているため、発生する緑色蛍光は、コンデンサーレンズ２３４側（図１Ａにおける＋Ｘ方向）に集められて、出射される。
【００３５】
蛍光板３１の第１面から−Ｘ方向に出射される緑色蛍光は、コンデンサーレンズ１３４で略平行光に変換されて青透過ダイクロイックミラー１３３に入射される。青透過ダイクロイックミラー１３３は緑色蛍光を反射するため、緑色蛍光は、光路が９０度変換されて、赤透過ダイクロイックミラー１４６へ入射される。また、青透過ダイクロイックミラー１３３は青色ＬＥＤ光を透過させるため、青色光源１４１から出射される青色ＬＥＤ光も、リレーレンズ１４５を介して赤透過ダイクロイックミラー１４６へ入射される。
これにより、第１の光学系１１において、緑色蛍光と青色ＬＥＤ光とが、同一光軸上に合成される。
【００３６】
また、蛍光板３１の第２面から＋Ｘ方向に出射される緑色蛍光は、コンデンサーレンズ２３４で略平行光に変換されて青透過ダイクロイックミラー２３３に入射される。緑色蛍光は、青透過ダイクロイックミラー２３３で反射して光路が９０度変換されて、赤透過ダイクロイックミラー２４６へ入射される。また、青透過ダイクロイックミラー２３３は青色ＬＥＤ光を透過させるため、青色光源２４１から出射される青色ＬＥＤ光も、リレーレンズ２４５を介して赤透過ダイクロイックミラー２４６へ入射される。
これにより、第２の光学系２１において、緑色蛍光と青色ＬＥＤ光とが、同一光軸上に合成される。
【００３７】
なお、蛍光板３１の第１面から−Ｘ方向に出射される緑色蛍光の蛍光スペクトルと、蛍光板３１の第２面から＋Ｘ方向に出射される緑色蛍光の蛍光スペクトルとは、略同一であることが望ましい。
【００３８】
赤透過ダイクロイックミラー１４６は緑色蛍光と青色ＬＥＤ光を反射するため、青透過ダイクロイックミラー１３３から出射される緑色蛍光及び青色ＬＥＤ光は、光路が９０度変換されて、コンデンサーレンズ１５０に入射される。また、赤透過ダイクロイックミラー１４６は赤色ＬＥＤ光を透過させるため、赤色光源１５１から出射される赤色ＬＥＤ光も、コンデンサーレンズ１４９を介してコンデンサーレンズ１５０に入射される。
これにより、第１の光学系１１において、緑色蛍光と青色ＬＥＤ光と赤色ＬＥＤ光とが、同一光軸上に合成され（各光束の重心が一致かつ集光角が同一）白色光が生成される。なお、バランスのとれた白色光を得るためには、赤色ＬＥＤ光、緑色蛍光、及び青色ＬＥＤ光の光強度が同じであることが望ましい。
【００３９】
同様に、赤透過ダイクロイックミラー２４６は緑色蛍光と青色ＬＥＤ光を反射するため、青透過ダイクロイックミラー２３３から出射される緑色蛍光及び青色ＬＥＤ光は、光路が９０度変換されて、コンデンサーレンズ２５０に入射される。また、赤透過ダイクロイックミラー２４６は赤色ＬＥＤ光を透過させるため、赤色光源２５１から出射される赤色ＬＥＤ光も、コンデンサーレンズ２４９を介してコンデンサーレンズ２５０に入射される。
これにより、第２の光学系２１において、緑色蛍光と青色ＬＥＤ光と赤色ＬＥＤ光とが、同一光軸上に合成され（各光束の重心が一致かつ集光角が同一）白色光が生成される。なお、バランスのとれた白色光を得るためには、赤色ＬＥＤ光、緑色蛍光、及び青色ＬＥＤ光の光強度が同じであることが望ましい。
【００４０】
この第１の光学系１１で合成された白色光は、光合成部４１の合成プリズム４１２を介してロッドインテグレータ４１１に、また第２の光学系２１で合成された白色光は、光合成部４１の合成プリズム４１３を介してロッドインテグレータ４１１に、それぞれ導光され合成されて１つの白色光となる。
【００４１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る光源装置１によれば、反射膜を有する蛍光体層が両面に形成された１つの蛍光板３１を用いて、蛍光板３１を挟んで左右対称にレイアウト配置した２つの光学系を光学的に結合する。これにより、２つの光学系でそれぞれ生成される青色レーザ光から励起された緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。従って、白バランスが良好な白色光を高効率かつ高輝度で出射できる。
【００４２】
特に、蛍光板３１の両側に２つの光学系をレイアウトするため、光源装置１は、蛍光体からの蛍光取り出し効率が高い反射型構造になる、蛍光板３１の両面に励起光を分割して照射させることができ励起光による蛍光体の温度上昇を最小限に抑えられる、光源装置１のＹ方向のサイズを小さくできる、という利点がある。
【００４３】
なお、蛍光体層３１３と蛍光体層３１５とに使用される蛍光体には、同一の種類であり同一波長の蛍光を放つものを用いるのが一般的であるが、それぞれ波長の異なる蛍光を放つ蛍光体を使用して発光色を調整することも可能である。
【００４４】
また、第１の光学系１１と第２の光学系２１との間では、光源からロッドインテグレータ４１１までの光路長（光学的距離）を、同一色で等しくすることが好ましい。つまり、第１の光学系１１における青色の光路長と第２の光学系２１における青色の光路長とが同じ長さ、第１の光学系１１における緑色の光路長と第２の光学系２１における緑色の光路長とが同じ長さ、及び第１の光学系１１における赤色の光路長と第２の光学系２１における赤色の光路長とが同じ長さである。
【００４５】
さらに、本実施形態では、白色光を合成する手段として、ロッドインテグレータ４１１と合成プリズム４１２及び４１３とを用いた光合成部４１を例示した。しかし、白色光を合成する手段としては、レンズアレイを用いた構成や、異なる角度から複数の光を合成させる構成など、様々な構成を適用することができる。
【００４６】
＜第１の実施形態の変形例＞
図１Ｂは、第１の実施形態に係る光源装置１の変形例を示しており、図１Ａと同一部分の構成には同一符号を付している。固体光源ユニット２０からの励起光は、コンデンサーレンズ２３４で集光されて蛍光板３１の蛍光体層３１５が形成された第２面へスポット照射されるが、第１の実施形態と異なり、第２面におけるスポット照射位置が異なる。具体的には、この第２面におけるスポット照射位置は、コンデンサーレンズ１３４で集光されて蛍光板３１の蛍光体層３１３が形成された第１面へスポット照射される励起光の照射位置に対して、１８０度反対の位置となる。第１面におけるスポット照射位置と第２面におけるスポット照射位置とが１８０度反対の位置となるように、固体光源ユニット２０、第２の光学系２１、及びコンデンサーレンズ２３４が配置される。この場合、コンデンサーレンズ１３４で励起光が照射された蛍光体の発光の出射方向と、コンデンサーレンズ２３４で励起光が照射された蛍光体の発光の出射方向とは、同一軸上にはなく、互いに平行な軸上にある。
一般に、蛍光体は温度が上昇すると変換効率が低下するが、この変形例のように蛍光板３１の表裏で励起光の照射位置を異ならせることによって蛍光体の温度上昇を抑えることができ、変換効率を上昇させることができる。
【００４７】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光源装置２の構成を示す図である。図３において、（ａ）は光源装置２の正面図であり、（ｂ）は光源装置２の左側面図であり、（ｃ）は光源装置２の右側面図である。図３に示す第２の実施形態に係る光源装置２は、固体光源ユニット１０及び２０と、第１の光学系１２と、第２の光学系２２と、蛍光板３２と、光合成部４１とを備える。
図４は、蛍光板３２の詳細な構成例を示す図であり、（ａ）は正面図を、（ｂ）は側面図を示す。
【００４８】
図３で示すように、第２の実施形態に係る光源装置２は、第１の実施形態に係る光源装置１から、第１の光学系１２、第２の光学系２２、及び蛍光板３２の構成が異なる。また、これらの構成の違いから、光源装置２の各構成の配置が光源装置１とは異なる。
以下、光源装置２について異なる構成についてのみ説明を行い、同じ参照符号が付された同一構成については、重複する説明を省略する。
【００４９】
［蛍光板３２の構成］
蛍光板３２は、ガラス基板３１１と、反射膜３１２と、蛍光体層３１３と、モータ３１６とを備えている。つまり図４に示すように、蛍光板３２は、ガラス基板３１１の一方表面（第１面）だけに、反射膜３１２が成膜され、かつその反射膜３１２上に蛍光体層３１３が円環状に形成されている。
【００５０】
［第１の光学系１２の構成］
第１の光学系１２では、コンデンサーレンズ１５０が、青色光源１４１と光合成部４１と間に配置される。この配置変更により、青色光源１４１とコンデンサーレンズ１５０との間には、（赤透過ダイクロイックミラー１４６に代えて）赤反射ダイクロイックミラー１６１が配置される。赤反射ダイクロイックミラー１６１は、ミラー面が青透過ダイクロイックミラー１３３のミラー面に対して約９０度の傾斜を有するように設置された誘電体多層膜であり、青色ＬＥＤ光及び緑色蛍光を透過し、赤色ＬＥＤ光を反射する特性を備える。また、第１の光学系１２には、コンデンサーレンズ１５０から出射される白色光を光合成部４１の合成プリズム４１２に導光するための全反射ミラー１６２が、新たに追加されている。
【００５１】
［第２の光学系２２の構成］
図３に示す第２の光学系２２では、蛍光板３２の第１面と略平行方向に固体光源ユニット２０から出射されるレーザ光束を、蛍光板３２の第１面に略垂直に照射するため、全反射ミラー２２５が設けられている。しかし、蛍光板３２の外径が大きく、光源装置２の筐体サイズに余裕があるのであれば、全反射ミラー２２５を用いることなく、第１の光学系１２と同様に蛍光板３２の第１面に対向して固体光源ユニット２０を設置すればよい。いずれの構成にせよ、第２の光学系２２は、固体光源ユニット２０から出射されるレーザ光束が、第１の光学系１２と同じ蛍光板３２の蛍光体層３１３が形成された面に照射される。
【００５２】
さらに、第２の光学系２２では、第１の光学系１２と同様に、青色光源２４１と光合成部４１と間にコンデンサーレンズ２５０が配置され、青色光源２４１とコンデンサーレンズ２５０との間に（赤透過ダイクロイックミラー２４６に代えて）赤反射ダイクロイックミラー２６１が配置される。赤反射ダイクロイックミラー２６１は、ミラー面が青透過ダイクロイックミラー２３３のミラー面に対して約９０度の傾斜を有するように設置された誘電体多層膜であり、青色ＬＥＤ光及び緑色蛍光を透過し、赤色ＬＥＤ光を反射する特性を備える。また、第２の光学系２２には、コンデンサーレンズ２５０から出射される白色光を光合成部４１の合成プリズム４１３に導光するための全反射ミラー２６２が、新たに追加されている。
【００５３】
［光源装置２の動作］
固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光Ａは、青透過ダイクロイックミラー１３３を透過して、蛍光板３２の蛍光体層３１３が形成された面の第１領域へスポット照射される（図３における＋Ｘ方向）。また、固体光源ユニット２０から出射される青色レーザ光Ｂは、青透過ダイクロイックミラー２３３を透過して、蛍光板３２の蛍光体層３１３が形成された面の第１領域とは異なる第２の領域へスポット照射される（図３における＋Ｘ方向）。
【００５４】
蛍光板３２は、青色レーザ光Ａから励起される緑色蛍光Ａを図３における−Ｘ方向へ出射し、青色レーザ光Ｂから励起される緑色蛍光Ｂを図３における−Ｘ方向へ出射する。蛍光板３２から出射される緑色蛍光Ａは、青透過ダイクロイックミラー１３３で反射し、赤反射ダイクロイックミラー１６１を透過して、コンデンサーレンズ１５０へ入射される。この緑色蛍光Ａは、青透過ダイクロイックミラー１３３及び赤反射ダイクロイックミラー１６１を透過してくる青色ＬＥＤ光、及び赤反射ダイクロイックミラー１６１で反射される赤色ＬＥＤ光と合成されて白色光となり、全反射ミラー１６２を介して光合成部４１へ導光される。また、蛍光板３２から出射される緑色蛍光Ｂは、青透過ダイクロイックミラー２３３で反射し、赤反射ダイクロイックミラー２６１を透過して、コンデンサーレンズ２５０へ入射される。この緑色蛍光Ｂも、青透過ダイクロイックミラー２３３及び赤反射ダイクロイックミラー２６１を透過してくる青色ＬＥＤ光、及び赤反射ダイクロイックミラー２６１で反射される赤色ＬＥＤ光と合成されて白色光となり、全反射ミラー２６２を介して光合成部４１へ導光される。
【００５５】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る光源装置２によれば、反射膜を有する蛍光体層が片面だけに形成された１つの蛍光板３２を用いて、蛍光板３２に向かって並列にレイアウト配置した２つの光学系を光学的に結合する。これにより、２つの光学系でそれぞれ生成される緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。
【００５６】
特に、蛍光板３２の片面側に２つの光学系を反射型にレイアウトするため、蛍光体からの蛍光取り出し効率が高い反射型構造になる、蛍光板３２に励起光を分割して照射させることができ励起光による蛍光体の温度上昇を最小限に抑えられる、２つの光学系における光強度を均等にでき合成光の明るさと色ムラを押さえ易い、光源装置２のＸ方向のサイズを小さくできる、という利点がある。
【００５７】
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置３の構成を示す図である。図５に示す第３の実施形態に係る光源装置３は、固体光源ユニット１０と、第１の光学系１１と、第２の光学系２３と、蛍光板３３と、光合成部４１とを備える。
図６は、蛍光板３３の詳細な構成例を示す図であり、（ａ）は正面図を、（ｂ）は側面図を示す。
【００５８】
図５で示すように、第３の実施形態に係る光源装置３は、第１の実施形態に係る光源装置１から、固体光源ユニット２０が削除され、第２の光学系２３及び蛍光板３３の構成が異なる。なお、光源装置３の各構成の配置は、光源装置１の配置と同じである。
以下、光源装置３について異なる構成についてのみ説明を行い、同じ参照符号が付された同一構成については、重複する説明を省略する。
【００５９】
［蛍光板３３の構成］
蛍光板３３は、ガラス基板３１１と、蛍光体層３１３と、モータ３１６とを備えている。つまり図６に示すように、蛍光板３３は、ガラス基板３１１の一方表面（第１面）だけに、蛍光体層３１３が円環状に形成されている。ガラス基板３１１と蛍光体層３１３との間には、反射膜は成膜されていない。
【００６０】
［第２の光学系２３の構成］
図５に示す第２の光学系２３では、上記第１の実施形態の第２の光学系２１から、凸レンズ２３０、拡散板２３１、及び凹レンズ２３２が削除されている。従って、この第２の光学系２３は、緑色蛍光を励起する光源を有していないことになる。
【００６１】
［光源装置３の動作］
固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光は、青透過ダイクロイックミラー１３３を透過して、蛍光板３３の蛍光体層３１３が形成された面へスポット照射される（図５における＋Ｘ方向）。蛍光板３３は、ガラス基板３１１と蛍光体層３１３との間に反射膜を有していないので、青色レーザ光によって励起される緑色蛍光を、図５における＋Ｘ方向と−Ｘ方向との両側に分離させて発する。
【００６２】
蛍光板３３から−Ｘ方向へ出射される緑色蛍光は、第１の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。一方、蛍光板３３から＋Ｘ方向へ出射される緑色蛍光は、コンデンサーレンズ２３４で略平行光に変換された後、青透過ダイクロイックミラー２３３で反射されて、第１の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。
【００６３】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る光源装置３によれば、反射膜を有しない蛍光体層が形成された１つの蛍光板３３を用いて、蛍光板３３を挟んで左右対称にレイアウト配置した２つの光学系を光学的に結合する。これにより、２つの光学系でそれぞれ生成される緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。また、反射膜を有しない蛍光板３３を用いるため、一方の光学系において緑色蛍光を励起する半導体レーザ光源が不要となる。
特に、蛍光板３３の両面に２つの光学系をレイアウトするため、光源装置３のＹ方向のサイズを小さくできるという利点がある。
【００６４】
なお、光源装置３の構成では、緑色光を生成する１つの固体光源ユニット１０に対して、青色光を生成する２つの青色光源１４１及び２４１と、赤色光を生成する２つの赤色光源１５１及び２５１とが設けられている。よって、赤色、緑色、及び青色の光強度を合わせてバランスがとれた白色光を得るためには、固体光源ユニット１０の出力を光源装置１と比べて２倍にすることが望ましい。例えば、６行×６列の３６個の青色半導体レーザ１２０が放熱板１２１上に配置されている構成が考えられる。
【００６５】
＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光源装置４の構成を示す図である。図７に示す第４の実施形態に係る光源装置４は、固体光源ユニット１０及び２０と、第１の光学系１１と、第２の光学系２１と、蛍光板３３と、光合成部４１とを備える。
【００６６】
図７で示すように、本第４の実施形態に係る光源装置４は、第１の実施形態に係る光源装置１の蛍光板３１を、第３の実施形態に係る光源装置３の蛍光板３３に代えた構成である。
以下、光源装置４について異なる動作について説明を行い、重複する説明を省略する。
【００６７】
［光源装置４の動作］
固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光は、青透過ダイクロイックミラー１３３を透過して、蛍光板３３の蛍光体層３１３へスポット照射される（図７における＋Ｘ方向）。また、固体光源ユニット２０から出射される青色レーザ光は、青透過ダイクロイックミラー２３３を透過して、蛍光板３３のガラス基板３１１を介して蛍光体層３１３へスポット照射される（図７における−Ｘ方向）。蛍光板３３は、固体光源ユニット１０及び２０の両方から照射される青色レーザ光によって励起される緑色蛍光を、図７における＋Ｘ方向と−Ｘ方向との両側に分離させて発する。
【００６８】
蛍光板３３から−Ｘ方向へ出射される緑色蛍光は、第１の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。一方、蛍光板３３から＋Ｘ方向へ出射される緑色蛍光は、コンデンサーレンズ２３４で略平行光に変換された後、青透過ダイクロイックミラー２３３で反射されて、第１の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。
【００６９】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る光源装置４によれば、反射膜を有しない蛍光体層が形成された１つの蛍光板３３を用いて、蛍光板３３を挟んで左右対称にレイアウト配置した２つの光学系を光学的に結合する。これにより、２つの光学系でそれぞれ生成される緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。
【００７０】
＜第５の実施形態＞
図８は、本発明の第５の実施形態に係る光源装置５の構成を示す図である。図８において、（ａ）は光源装置５の正面図であり、（ｂ）は光源装置５の左側面図であり、（ｃ）は光源装置５の右側面図である。図８に示す第５の実施形態に係る光源装置５は、固体光源ユニット１０及び２０と、第１の光学系１５と、第２の光学系２５と、蛍光板３５と、光合成部４１とを備える。
図９は、蛍光板３５の詳細な構成例を示す図であり、（ａ）は正面図を、（ｂ）は側面図を示す。
【００７１】
図８で示すように、第５の実施形態に係る光源装置５は、第２の実施形態に係る光源装置２から、第１の光学系１５、第２の光学系２５、及び蛍光板３５の構成が異なる。また、これらの構成の違いから、光源装置５の各構成の配置が光源装置２とは異なる。
以下、光源装置５について異なる構成についてのみ説明を行い、同じ参照符号が付された同一構成については、重複する説明を省略する。
【００７２】
［蛍光板３５の構成］
蛍光板３５は、ガラス基板３１１と、蛍光体層３１３と、誘電体多層膜３５７と、モータ３１６とを備えている。誘電体多層膜３５７は、青色レーザ光を透過し、かつ、蛍光などの可視光を反射する誘電体薄膜である。図９に示すように、蛍光板３５は、ガラス基板３１１の一方表面（第１面）だけに、誘電体多層膜３５７が成膜され、かつその誘電体多層膜３５７上に蛍光体層３１３が円環状に形成されている。
【００７３】
［第１の光学系１５の構成］
第１の光学系１５は、第２の実施形態で示した第１の光学系１２と比べて、拡散板１３１及び凹レンズ１３２が削除され、コンデンサーレンズ１７１が追加された構成である。固体光源ユニット１０と蛍光板３５の他方表面（第２面）との間には、凸レンズ１３０及びコンデンサーレンズ１３４が配置される。蛍光板３５の第１面には、コンデンサーレンズ１７１と、蛍光板３５に対してミラー面が約４５度の傾斜した青透過ダイクロイックミラー１３３とが配置されている。この固体光源ユニット１０、凸レンズ１３０、コンデンサーレンズ１３４、蛍光板３５、コンデンサーレンズ１７１、及び青透過ダイクロイックミラー１３３は、光軸を一致させて配置されている。これ以外の構成は、赤色光源１５１の位置が変わっているが、第２の実施形態と実質的に同じである。
【００７４】
［第２の光学系２５の構成］
第２の光学系２５も、第１の光学系１５と同様に、第２の実施形態で示した第２の光学系２２と比べて、拡散板２３１及び凹レンズ２３２が削除され、コンデンサーレンズ２７１が追加された構成である。固体光源ユニット２０、凸レンズ２３０、コンデンサーレンズ２３４、蛍光板３５、コンデンサーレンズ２７１、及び青透過ダイクロイックミラー２３３は、光軸を一致させてこの順序で配置されている。
【００７５】
［光源装置５の動作］
固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光Ａは、蛍光板３５のガラス基板３１１及び誘電体多層膜３５７を透過して、蛍光板３５の蛍光体層３１３が形成された面の第１領域へスポット照射される（図８における＋Ｘ方向）。また、固体光源ユニット２０から出射される青色レーザ光Ｂは、蛍光板３５のガラス基板３１１及び誘電体多層膜３５７を透過して、蛍光板３５の蛍光体層３１３が形成された面の第２領域へスポット照射される（図８における＋Ｘ方向）。
【００７６】
蛍光体層３１３とガラス基板３１１との間には、蛍光を反射する誘電体多層膜３５７が成膜されているので、青色レーザ光Ａの励起によって蛍光体層３１３で発生する緑色蛍光Ａは、コンデンサーレンズ１７１側（図８における＋Ｘ方向）に集められて出射され、青色レーザ光Ｂの励起によって蛍光体層３１３で発生する緑色蛍光Ｂは、コンデンサーレンズ２７１側（図８における＋Ｘ方向）に集められて出射される。
【００７７】
蛍光板３５から出射される緑色蛍光Ａは、コンデンサーレンズ１７１で平行光に変換された後、青透過ダイクロイックミラー１３３で反射されて、第２の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。一方、蛍光板３５から出射される緑色蛍光Ｂは、コンデンサーレンズ２７１で平行光に変換された後、青透過ダイクロイックミラー２３３で反射されて、第２の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。
【００７８】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る光源装置５によれば、誘電体多層膜を有する蛍光体層が片面だけに形成された１つの蛍光板３５を用いて、蛍光板３５に向かって並列にレイアウト配置した２つの光学系を光学的に結合する。これにより、２つの光学系でそれぞれ生成される緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。
特に、蛍光板３５の片面側に２つの光学系を透過型にレイアウトするため、蛍光板３５に励起光を分割して照射させることができ励起光による蛍光体の温度上昇を最小限に抑えられる、２つの光学系における光強度を均等にでき合成光の明るさと色ムラを押さえ易い、光源装置５のＸ方向のサイズを小さくできる、という利点がある。
【００７９】
＜第６の実施形態＞
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る光源装置６の構成を示す図である。図１０に示す第６の実施形態に係る光源装置６は、固体光源ユニット１０と、第１の光学系１１と、第２の光学系２６と、蛍光板３６と、光合成部４１とを備える。
図１１は、蛍光板３６の詳細な構成例を示す図であり、（ａ）は正面図を、（ｂ）は側面図を示す。
【００８０】
図１０で示すように、第６の実施形態に係る光源装置６は、第３の実施形態に係る光源装置３から、第２の光学系２６及び蛍光板３６の構成が異なる。なお、光源装置６の各構成の配置は、光源装置３の配置と同じである。
以下、光源装置６について異なる構成についてのみ説明を行い、同じ参照符号が付された同一構成については、重複する説明を省略する。
【００８１】
［蛍光板３６の構成］
蛍光板３６は、ガラス基板３１１と、セグメント層３６８と、モータ３１６とを備えている。図１１に示すように、蛍光板３６は、ガラス基板３１１の一方表面（第１面）に、２つの領域に分割された円環状のセグメント層３６８を有している。セグメント層３６８の一方の領域には、青色の励起光により励起されて緑色の蛍光を発する蛍光体を含んだ蛍光体層３６８ａが形成され、他方の領域には、青色レーザ光を透過かつ拡散させる性質を有する拡散板層３６８ｂが形成されている。
【００８２】
［第２の光学系２６の構成］
図１０に示す第２の光学系２６では、上記第３の実施形態の第２の光学系２３から、青色光源２４１及びコンデンサーレンズ２４４が削除されている。従って、この第２の光学系２６は、緑色蛍光を励起する光源に加え青色ＬＥＤ光を発する光源も有していないことになる。また、青透過ダイクロイックミラー２３３が全反射ミラー２６３に変更されている。
【００８３】
［光源装置６の動作］
固体光源ユニット１０から出射される青色レーザ光は、青透過ダイクロイックミラー１３３を透過して、蛍光板３６のセグメント層３６８が形成された面へスポット照射される（図１０における＋Ｘ方向）。蛍光板３６は、モータ３１６によって回転制御されているため、青色レーザ光が蛍光体層３６８ａに照射される期間は、緑色蛍光が励起され、図１０における＋Ｘ方向と−Ｘ方向との両側に緑色蛍光を発生させる。一方、青色レーザ光が拡散板層３６８ｂに照射される期間は、青色レーザ光が蛍光板３６を透過し、拡散されてコンデンサーレンズ２３４側（図１０における＋Ｘ方向）に出射される。
【００８４】
蛍光板３６から−Ｘ方向へ出射される緑色蛍光は、第３の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へそれぞれ導光される。一方、蛍光板３６から＋Ｘ方向へ出射される緑色蛍光及び青色レーザ光は、共にコンデンサーレンズ２３４で略平行光に変換された後、全反射ミラー２６３で反射されて、第３の実施形態で説明した光路を通って光合成部４１へ導光される。
【００８５】
以上のように、本発明の第６の実施形態に係る光源装置６によれば、セグメント層が形成された１つの蛍光板３６を用いて、蛍光板３６を挟んで左右対称にレイアウト配置した２つの光学系を光学的に結合する。これにより、２つの光学系でそれぞれ生成される緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光、及び青色ＬＥＤ光を、高効率で集光及び合成することができる。また、反射膜を有しない蛍光板３６を用いるため、一方の光学系において緑色蛍光を励起する半導体レーザ光源が不要となる。
特に、青色レーザ光を透過する領域を有した蛍光板３６の両面に２つの光学系をレイアウトするため、青色光源を１つにまとめて、光源装置６のＹ方向のサイズを小さくできるという利点がある。
【００８６】
＜光源装置を用いた投写型表示装置の例１＞
図１２は、本発明の光源装置を用いた投写型表示装置７の構成例を示す図である。図１２の投写型表示装置７は、第１の実施形態に係る光源装置１、リレーレンズ５００、全反射ミラー５０１、全反射プリズム５０２、ＤＭＤ５０３、及び投写レンズ５０４を備えている。
【００８７】
光源装置１は、２つの固体光源ユニット１０及び２０が、２つの青色光源１４１及び２４１が、２つの赤色光源１５１及び２５１が、それぞれ同期しながら点灯させて、時系列的に緑、赤、及び青の色光を出射する。
【００８８】
ロッドインテグレータ４１１は、入射面と出射面とが矩形の柱状ガラスである。ロッドインテグレータ４１１の入射面に入射した光は、全反射を含む多重反射をして出射面まで伝播する。この伝搬により、入射面では不均一だった光束が、出射面では均一な光束となる。ロッドインテグレータ４１１からの出射光は、リレーレンズ５００、全反射ミラー５０１、及び全反射プリズム５０２において屈折及び反射した後、ＤＭＤ５０３に入射される。リレーレンズ５００の焦点は、ロッドインテグレータ４１１の出射面とＤＭＤ５０３面とが共役な関係となるように決められている。全反射プリズム５０２は、照明光を全反射し、ＤＭＤ５０３からの投写光を透過するプリズムである。ロッドインテグレータ４１１からの出射光は、ＤＭＤ５０３上に表示領域と相似な矩形照明となり、ＤＭＤ５０３面を高効率で均一に照明する。ＤＭＤ５０３への入射光は、映像信号に応じて画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム５０２を透過した後、投写レンズ５０４に入射される。投写レンズ５０４は、ＤＭＤ５０３で変調形成される画像光を拡大投写する。
【００８９】
以上のように、本発明の光源装置１と、時分割方式による１つのミラー偏向型のＤＭＤで構成されるライトバルブとを用いることで、小型軽量かつ高輝度な投写型表示装置７を構成できる。
【００９０】
＜光源装置を用いた投写型表示装置の例２＞
図１３は、本発明の光源装置を用いた投写型表示装置８の構成例を示す図である。図１３の投写型表示装置８は、第１の実施形態に係る光源装置１の変形構成である光源装置１’、レンズアレイ板６００〜６０１、偏光変換素子６０２、重畳用レンズ６０３、青反射ダイクロイックミラー６０４、緑反射ダイクロイックミラー６０５、反射ミラー６０６〜６０８、リレーレンズ６０９〜６１０、フィールドレンズ６１１〜６１３、入射側偏光板６１４〜６１６、液晶パネル６１７〜６１９、出射側偏光板６２０〜６２２、赤反射のダイクロイックミラー及び青反射のダイクロイックミラーから構成される合成プリズム６２３、及び投写レンズ６２４を備えている。
【００９１】
光源装置１’は、光源装置１からコンデンサーレンズ１５０及び２５０を削除し、光合成部４１に代えて合成プリズム４８０が設けられている。赤透過ダイクロイックミラー１４６及び２４６からそれぞれ出力される白色光（各色の光束は、大きさが略同一かつ重心が一致している）は、斜面に反射コートが施された合成プリズム４８０で合成される。
【００９２】
合成プリズム４８０で合成された白色光は、レンズアレイ板６００で多数の光束に分割され、レンズアレイ板６０１に収束する。レンズアレイ板６００及び６０１は、複数のレンズ素子から構成される。レンズアレイ板６００のレンズ素子は、液晶パネル６１７〜６１９と相似形の開口形状である。レンズアレイ板６０１のレンズ素子は、レンズアレイ板６００と液晶パネル６１７〜６１９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。レンズアレイ板６０１からの出射光は、偏光分離プリズムと１／２波長板で構成される偏光変換素子６０２で、１つの偏光方向の光に変換される。偏光方向が変換された光は、重畳用レンズ６０３を通って、青反射ダイクロイックミラー６０４及び緑反射ダイクロイックミラー６０５により、青、緑、及び赤の色光に分離される。重畳用レンズ６０３は、レンズアレイ板６０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル６１７〜６１９上に重畳照明するためのレンズである。
【００９３】
緑色光は、フィールドレンズ６１１及び入射側偏光板６１４を透過して、液晶パネル６１７に入射される。青色光は、反射ミラー６０６で反射した後、フィールドレンズ６１２及び入射側偏光板６１５を透過して、液晶パネル６１８に入射される。赤色光は、リレーレンズ６０９〜６１０や反射ミラー６０７〜６０８を透過屈折及び反射して、フィールドレンズ６１３及び入射側偏光板６１６を透過して、液晶パネル６１９に入射される。
【００９４】
ライトバルブとして利用する３枚の液晶パネル６１７〜６１９は、ＴＮモード又はＶＡモードを用いた画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルであり、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させる。この液晶パネル６１７〜６１９は、各液晶パネルの両側に透過軸を直交するように配置した入射側偏光板６１４〜６１６及び出射側偏光板６２０〜６２２を組み合わせて光を変調し、緑、青、及び赤の画像を形成する。出射側偏光板６２０〜６２２を透過した各色光は、合成プリズム６２３により、各ダイクロイックミラーで反射する赤色光と青色光と緑色光とが合成され、投写レンズ６２４を介してスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
【００９５】
以上のように、本発明の光源装置１’と、時分割方式ではなく偏光方式を利用する３枚の液晶パネルで構成されたライトバルブとを用いることで、カラーブレイキングなく色再現が良好、小型軽量、高輝度、かつ高精細な投写型表示装置８を構成できる。
【００９６】
なお、上記例では、ライトバルブとして透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置を構成できる。また、ライトバルブとして３つのミラー偏向型ライトバルブを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の光源装置は、ライトバルブを用いた投写型表示装置などに利用可能であり、特に白バランスの良好な白色光を高効率かつ高輝度で出射したい場合などに適している。
【符号の説明】
【００９８】
１、１’、２、３、４、５、６  光源装置
７、８  投写型表示装置
１０、２０  固体光源ユニット
１１、１５、２１、２２、２３、２５、２６  光学系
３１、３２、３３、３５、３６  蛍光板
４１  光合成部
１２０、２２０  青色半導体レーザ
１２１、１４３、１４８、２２１、２４３、２４８  放熱板
１２２、１３０、１３２、１３４、１４４、１４５、１４９、１５０、１７１、２２２、２３０、２３２、２３４、２４４、２４５、２４９、２５０、２７１、５００、５０４、６０３、６０９〜６１３、６２４  レンズ
１３１、２３１、３６８ｂ  拡散板（拡散板層）
１３３、１４６、１６１、２３３、２４６、２６１、６０４、６０５  ダイクロイックミラー
１４１、１５１、２４１、２５１  光源
１４２、１４７、２４２、２４７  ＬＥＤ
１６２、２６２、２６３、５０１  全反射ミラー
３１１  ガラス基板
３１２、３１４  反射膜
３１３、３１５、３６８ａ  蛍光体層
３１６  モータ
３５７  誘電体多層膜
３６８  セグメント層
４１１  ロッドインテグレータ
４１２、４１３、４８０、５０２、６２３  プリズム
５０３  デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
６００、６０１  レンズアレイ板
６０２  偏光変換素子
６１４、６１５、６１６、６２０、６２１、６２２  偏光板
６１７、６１８、６１９  液晶パネル
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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