(57)【要約】【課題】簡易な構成で射出光の色を調整できる波長変換素子を提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子は、光入射面と光射出面とを有するとともに、第１の波長帯の励起光の一部を第２の波長帯の光を含む変換光に変換し、励起光の他の一部と変換光とを射出する蛍光体部材と、蛍光体部材の光射出面側に設けられ、第１の波長帯と第２の波長帯との間で波長分離特性を有する波長選択部材と、を備える。波長選択部材と光射出面とが重なっている重なり領域の面積は可変である。【選択図】図２
2018132687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面と光射出面とを有するとともに、第１の波長帯の励起光の一部を第２の波長帯の光を含む変換光に変換して、前記励起光の他の一部と前記変換光とを射出する蛍光体部材と、
前記蛍光体部材の前記光射出面側に設けられ、前記第１の波長帯と前記第２の波長帯との間で波長分離特性を有する波長選択部材と、を備え、
前記波長選択部材と前記光射出面とが重なっている重なり領域の面積が可変である、波長変換素子。
【請求項２】
前記第２の波長帯は緑色帯を含み、
前記波長選択部材は、前記第１の波長帯の光を反射させ、前記第２の波長帯の光を透過させる波長分離特性を有する、請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記光射出面と交差する面に設けられた第１の光反射部材をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記波長選択部材は、前記第１の波長帯の光を反射させ、前記第２の波長帯の光を透過させる波長分離特性を有し、
前記光入射面は、前記励起光を透過させる透過領域と、前記励起光を反射させる反射領域と、を備える、請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記光射出面は、前記光入射面を兼ねており、
前記波長選択部材は、前記第１の波長帯の光を透過させ、前記第２の波長帯の光を反射させる波長分離特性を有し、
前記蛍光体部材の前記光射出面とは反対側に設けられた第２の光反射部材をさらに備える、請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記励起光は青色光であり、
前記変換光は緑色光と赤色光とを含む、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記励起光を射出する発光素子と、
前記重なり領域の面積を制御する面積制御装置と、を備える、光源装置。
【請求項８】
請求項７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生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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いられる光源装置として、半導体レーザー等の発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射し、蛍光体から得られる蛍光光を利用する光源装置が提案されている。例えば下記の特許文献１に、互いに異なる発光スペクトルを有する２層の波長変換層が積層された構成の波長変換部材を備えた光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光源装置では、２層の波長変換層の厚さの比が場所によって異なり、励起光の照射位置を変えることにより、波長変換部材から射出される光の色味を調整している。しかしながら、この構成では、場所によって２層の波長変換層の厚さの比を変えなければならず、波長変換部材の製造が困難である。
【０００５】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で射出光の色味を調整できる波長変換素子を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の波長変換素子を備えた光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、光入射面と光射出面とを有するとともに、第１の波長帯の励起光の一部を第２の波長帯の光を含む変換光に変換して、前記励起光の他の一部と前記変換光とを射出する蛍光体部材と、前記蛍光体部材の前記光射出面側に設けられ、前記第１の波長帯と前記第２の波長帯との間で波長分離特性を有する波長選択部材と、を備え、前記波長選択部材と前記光射出面とが重なっている重なり領域の面積が可変である。
【０００７】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、波長選択部材と光射出面との重なり領域の面積を変えることにより、射出光の全光量のうち、波長選択部材を通って射出される成分の光量が占める割合を変えることができる。これにより、第１の波長帯成分の光量と第２の波長帯成分の光量との割合を変え、射出光の色味を調整することができる。本発明の一つの態様によれば、複数の蛍光体層を積層する必要がなく、簡易な構成で射出光の色味を調整可能な波長変換素子を実現することができる。
【０００８】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記第２の波長帯は緑色帯を含み、前記波長選択部材は、前記第１の波長帯の光を反射させ、前記第２の波長帯の光を透過させる波長分離特性を有してもよい。
【０００９】
一般的な蛍光体では、励起光は、励起光よりも波長が長い変換光に変換される。したがって、本発明の一つの態様において、前記第２の波長帯は緑色帯を含む場合、第１の波長帯の光を反射させ、第２の波長帯の光を透過させる波長分離特性を用いた方が、第１の波長帯の光を透過させ、第２の波長帯の光を反射させる波長分離特性を用いた場合に比べ、射出光に占める第２の波長帯の光の割合が高い。すなわち、視感度が高い緑色光の射出光に占める割合が高いため、人間の眼にとって明るく感じられる射出光が得られる。
【００１０】
本発明の一つの態様の波長変換素子は、前記光射出面と交差する面に設けられた第１の光反射部材をさらに備えてもよい。
【００１１】
この構成によれば、第１の光反射部材によって励起光や変換光が光射出面と交差する面から漏れることを抑制できる。これにより、光利用効率を高めることができる。
【００１２】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記波長選択部材は、前記第１の波長帯の光を反射させ、前記第２の波長帯の光を透過させる波長分離特性を有し、前記光入射面は、前記励起光を透過させる透過領域と、前記励起光を反射させる反射領域と、を備えてもよい。
【００１３】
この構成によれば、励起光のうち、波長選択部材で反射した成分はさらに光入射面の反射領域で反射する。そのため、励起光を再利用することができる。
【００１４】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記光射出面は、前記光入射面を兼ねており、前記波長選択部材は、前記第１の波長帯の光を透過させ、前記第２の波長帯の光を反射させる波長分離特性を有し、前記蛍光体部材の前記光射出面とは反対側に設けられた第２の光反射部材をさらに備えてもよい。
【００１５】
この構成によれば、光射出面と同じ側から光を入射させる波長変換素子、いわゆる反射型の波長変換素子を実現することができる。
【００１６】
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記励起光は青色光であり、前記変換光は緑色光と赤色光とを含んでもよい。
【００１７】
この構成によれば、ホワイトバランスが調整可能な波長変換素子を実現することができる。
【００１８】
本発明の一つの態様の光源装置は、本発明の一つの態様の波長変換素子と、前記励起光を射出する発光素子と、前記重なり領域の面積を制御する面積制御装置と、を備える。
【００１９】
この構成によれば、射出光の色味を容易に調整可能な光源装置を実現することができる。
【００２０】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、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生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。
【００２１】
この構成によれば、色再現性に優れたプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】第１実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図３】波長変換素子の平面図である。
【図４Ａ】波長変換素子の作用を説明するための図である。
【図４Ｂ】波長変換素子の作用を説明するための図である。
【図５】波長選択部材の波長分離特性の一例を示す図である。
【図６】光センサーユニットの一例を示す図である。
【図７】照明光の色味の調整手順を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態の波長選択部材の波長分離特性を示す図である。
【図９】第３実施形態の波長選択部材の波長分離特性を示す図である。
【図１０】第４実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図１１】第５実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図１２】第５実施形態の波長変換素子の断面図である。
【図１３】光センサーユニットの他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーと波長変換素子とを含む光源装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２４】
本実施形態のプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクターは、光源装置の発光素子として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザーダイオード）を用いている。
【００２５】
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、プロジェクター１は、光源装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置４００Ｒと、光変調装置４００Ｇと、光変調装置４００Ｂと、合成光学系５００と、投射光学系６００と、を備えている。
本実施形態の光源装置１００は、特許請求の範囲の光源装置に対応する。
【００２６】
光源装置１００は、発光素子１０と、コリメート光学系７０と、波長変換素子２０と、面積制御装置４０と、ピックアップ光学系９０と、ホモジナイザー光学系１２５と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。
【００２７】
発光素子１０、コリメート光学系７０、波長変換素子２０、ピックアップ光学系９０、ホモジナイザー光学系１２５、偏光変換素子１４０、および重畳レンズ１５０は、照明光軸１００ａｘ上に配置されている。
【００２８】
発光素子１０は、励起光ＬＥを射出する半導体レーザーから構成されている。発光素子１０は、例えば４４５ｎｍを発光強度のピーク波長とする第１の波長帯の青色の励起光ＬＥを射出する。発光素子１０は、１個の半導体レーザーから構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーから構成されていてもよい。なお、発光素子１０は、４４５ｎｍ以外（例えば４６０ｎｍ）の発光強度のピーク波長を有する励起光を射出してもよい。
本実施形態の発光素子１０は、特許請求の範囲の発光素子に対応する。
【００２９】
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。コリメート光学系７０は、発光素子１０から射出された光を略平行化する。第１レンズ７２および第２レンズ７４は、凸レンズから構成されている。
【００３０】
波長変換素子２０は、励起光ＬＥの一部を蛍光光ＬＹ（変換光）に変換し、励起光ＬＥの他の一部と蛍光光ＬＹとを射出させる。蛍光光ＬＹは緑色光と赤色光とを含む黄色光である。
波長変換素子２０については、後で詳しく説明する。
【００３１】
面積制御装置４０は、後述する波長選択部材２４と蛍光体部材２２の光射出面２２ｂとの重なり領域の面積を制御する。面積制御装置４０は、ミラーガラス４１と、アフォーカル光学系４３と、光センサーユニット４６と、演算処理装置４７と、記憶部４８と、駆動装置４９と、を備えている。面積制御装置４０の動作については、後で詳しく説明する。
【００３２】
ピックアップ光学系９０は、波長変換素子２０から射出された蛍光光ＬＹを略平行化する。ピックアップ光学系９０は、第１ピックアップレンズ９２と、第２ピックアップレンズ９４と、を備える。第１ピックアップレンズ９２および第２ピックアップレンズ９４は、凸レンズから構成されている。
【００３３】
ホモジナイザー光学系１２５は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、を備えている。第１レンズアレイ１２０は、ピックアップ光学系９０から射出された光を複数の部分光束に分割するための複数の第１マイクロレンズ１２２を有する。複数の第１マイクロレンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００３４】
第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１マイクロレンズ１２２に対応する複数の第２マイクロレンズ１３２を備えている。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の複数の第１マイクロレンズ１２２の各々の像を光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２マイクロレンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。
【００３５】
偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、直線偏光光に変換する。偏光変換素子１４０は、偏光分離層と、反射層と、位相差層と、を備えている。偏光分離層は、波長変換素子からの光に含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する。反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する。位相差層は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。
【００３６】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、および重畳レンズ１５０は、波長変換素子２０から射出された光の面内光強度分布を均一化するインテグレーター光学系を構成する。
【００３７】
色分離導光光学系２００は、白色の照明光ＬＷを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離導光光学系２００は、第１ダイクロイックミラー２１０と、第２ダイクロイックミラー２２０と、第１全反射ミラー２３０と、第２全反射ミラー２４０と、第３全反射ミラー２５０と、第１リレーレンズ２６０と、第２リレーレンズ２７０と、を備えている。
【００３８】
第１ダイクロイックミラー２１０は、光源装置１００から射出された照明光ＬＷを、赤色光ＬＲとその他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する機能を有する。第１ダイクロイックミラー２１０は、赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２ダイクロイックミラー２２０は、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２ダイクロイックミラー２２０は、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。
【００３９】
第１全反射ミラー２３０は、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光ＬＲを光変調装置４００Ｒに向けて反射する。第２全反射ミラー２４０および第３全反射ミラー２５０は、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光ＬＢを光変調装置４００Ｂに向けて反射する。緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー２２０により光変調装置４００Ｇに向けて反射される。
【００４０】
第１リレーレンズ２６０および第２リレーレンズ２７０は、青色光ＬＢの光路中における第２ダイクロイックミラー２２０の光射出側に配置されている。
【００４１】
光変調装置４００Ｒ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４００Ｇ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４００Ｂ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。
【００４２】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂ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および射出側それぞれには、偏光板（図示せず）が配置され、特定の方向の直線偏光光のみを透過させる構成となっている。
【００４３】
光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、およびフィールドレンズ３００Ｂは、それぞれ光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを平行化する。
【００４４】
合成光学系５００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂからの画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６００に向けて射出する。合成光学系５００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。
【００４５】
投射光学系６００は、投射レンズ群６から構成されている。投射光学系６００は、合成光学系５００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（画像）が表示される。
【００４６】
以下、波長変換素子２０の構成について説明する。
図２は、波長変換素子２０の断面図である。図３は、照明光軸１００ａｘの方向から見た波長変換素子２０の平面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、波長変換素子２０の作用を説明するための図である。
図２に示すように、波長変換素子２０は、蛍光体部材２２と、波長選択部材２４と、反射膜２６（第１の光反射部材）と、を備えている。
【００４７】
蛍光体部材２２は、光入射面２２ａと光射出面２２ｂとを有する。第１の波長帯の励起光ＬＥは、光入射面２２ａから蛍光体部材２２の内部に入射する。蛍光体部材２２は、励起光ＬＥの一部を第２の波長帯の蛍光光ＬＹ（変換光）に変換し、蛍光光ＬＹに変換されなかった励起光ＬＥの他の一部ＬＥ１とともに光射出面２２ｂから射出する。本実施形態において、第１の波長帯は、青色帯であり、第２の波長帯は、黄色帯である。以下、当該他の一部ＬＥ１を未変換成分ＬＥ１と称する。
【００４８】
蛍光体部材２２は、例えばＣｅを賦活剤としたＹＡＧ系蛍光体の一種である（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅから構成されている。蛍光体部材２２は、内部に設けられた多数の気孔により光散乱特性を有していてもよい。また、蛍光体部材２２の形態は、特に限定されず、例えばバルク状であってもよいし、透明基板上に薄膜状に形成されたものであってもよい。
【００４９】
反射膜２６は、蛍光体部材２２の光入射面２２ａおよび光射出面２２ｂと交差する側面２２ｃに設けられている。反射膜２６は、例えばアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜で構成されていてもよいし、誘電体多層膜で構成されていてもよい。反射膜２６は、入射した光を波長に依らずに反射させる特性を有する。
【００５０】
波長選択部材２４は、蛍光体部材２２の光射出面２２ｂ側に、光射出面２２ｂからわずかに離間して設けられている。本実施形態の波長選択部材２４は、第１の波長帯（青色帯）と第２の波長帯（黄色帯）との間で波長分離特性を有する一対の板材２４１で構成されている。一対の板材２４１は、各板材２４１の一方の面が蛍光体部材２２の光射出面２２ｂと対向するように設けられている。また、一対の板材２４１の各々は、互いが離間もしくは接近するように、光射出面２２ｂと平行な方向（矢印Ｍの方向）に移動する構成となっている。
【００５１】
具体的に、板材２４１は、例えば、光透過性を有する板材の一面に誘電体多層膜からなる波長選択膜が形成されたものが用いられてもよいし、着色ガラスが用いられてもよい。
【００５２】
図３に示すように、一対の板材２４１を互いに接近する方向に移動させると、波長変換素子２０を光射出面２２ｂの面法線方向から見たとき、波長選択部材２４を構成する各板材２４１は光射出面２２ｂと重なる。図３に示した例では、各板材２４１が光射出面２２ｂと重なっている領域は２つあるが、それらを合わせて重なり領域Ｋと称し、各板材２４１と光射出面２２ｂとが重なっていない領域を開口領域Ｈと称する。
【００５３】
図４Ａに示すように、一対の板材２４１を互いに接触するまで接近させると、重なり領域Ｋの面積は最大となり、光射出面２２ｂの面積と一致する。以下、この状態を全閉状態と称する。一方、図４Ｂに示すように、一対の板材２４１を最大に離間させると、各板材２４１と光射出面２２ｂとが重ならない状態となり、重なり領域Ｋの面積は０となる。以下、この状態を全開状態と称する。図２は、全閉状態と全開状態との間の中間状態における一対の板材２４１を示している。このように、一対の板材２４１を互いに離間もしくは接近させることにより、重なり領域Ｋの面積は、所定の範囲内（０から光射出面２２ｂの面積と等しい面積までの範囲内）で可変となっている。
【００５４】
図５は、波長選択部材２４の波長分離特性の一例を示す図である。
図５に示すように、本実施形態の波長選択部材２４は、第１の波長帯（青色帯）の光を反射させ、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを含む第２の波長帯（黄色帯）の光を透過させる波長分離特性を有する。
【００５５】
したがって、図４Ａに示すように、波長選択部材２４が全閉状態にある場合、蛍光体部材２２の光射出面２２ｂから射出された励起光ＬＥの他の一部ＬＥ１と蛍光光ＬＹのうち、励起光ＬＥの他の一部ＬＥ１は波長選択部材２４で反射され、蛍光光ＬＹは波長選択部材２４を透過する。その結果、波長変換素子２０からは蛍光光ＬＹ（黄色光）のみが波長選択部材２４を通って射出される。
【００５６】
また、図４Ｂに示すように、波長選択部材２４が全開状態にある場合、蛍光体部材２２の光射出面２２ｂから射出された未変換成分ＬＥ１と蛍光光ＬＹとの全ては開口領域Ｈを通って射出される。すなわち、波長変換素子２０から射出された光に占める黄色光の比率は、蛍光体部材２２から射出された光に占める黄色光の比率と同じである。
【００５７】
また、図２に示すように、波長選択部材２４が全閉状態と全開状態との間の中間状態にある場合、重なり領域Ｋでは、未変換成分ＬＥ１が波長選択部材２４で反射され、蛍光光ＬＹが波長選択部材２４を透過する。一方、開口領域Ｈでは、蛍光体部材２２の光射出面２２ｂから射出された未変換成分ＬＥ１と蛍光光ＬＹとが射出される。その結果、波長変換素子２０から射出される光に占める黄色光の比率は、蛍光体部材２２から射出される光に占める黄色光の比率よりも大きくなる。
【００５８】
このように、波長変換素子２０においては、板材２４１を移動させて重なり領域Ｋの面積を変えることにより、波長変換素子２０から射出される光に占める青色光と黄色光との比率を調整することができる。例えば蛍光体部材２２から射出される光に占める黄色光の比率が７０％であったとすると、重なり領域Ｋの面積を変えることにより、波長変換素子２０から射出される光に占める黄色光の比率を７０％〜１００％の間（青色光で言えば、０％〜３０％の間）で調整することができる。このようにして、本実施形態の波長変換素子２０では、射出光の色味を調整することができる。
【００５９】
以下、面積制御装置４０の構成について説明する。
図１に示すように、ミラーガラス４１は、ピックアップ光学系９０とホモジナイザー光学系１２５との間の照明光軸１００ａｘ上に設けられている。ミラーガラス４１は、照明光軸１００ａｘに対して４５°の角度をなすように配置されている。ミラーガラス４１には、反射特性の波長依存性が小さく、透過率が高いミラーガラスが用いられる。すなわち、ミラーガラス４１は、入射した照明光ＬＷの波長に依らずに、入射した照明光ＬＷのうちの僅かな成分を反射させ、残りの多くの成分を透過させる。ミラーガラス４１で反射した成分は、照明光ＬＷの色味をモニターするための光として用いられる。以下、この光をモニター光ＬＭと称する。
【００６０】
アフォーカル光学系４３は、ミラーガラス４１と光センサーユニット４６との間のモニター光ＬＭの光路上に設けられている。アフォーカル光学系４３は、モニター光ＬＭのビーム径を縮小し、ビーム径を縮小したモニター光ＬＭを光センサーユニット４６に向けて射出する。アフォーカル光学系４３は、凸レンズからなる第１アフォーカルレンズ４４と、凹レンズからなる第２アフォーカルレンズ４５と、から構成されている。
【００６１】
図６は、光センサーユニット４６の一例を示す図である。
光センサーユニット４６は、ダイクロイックミラー４６１と、複数のパワーメーター４６２，４６３と、を備えている。光センサーユニット４６に入射したモニター光ＬＭは、ダイクロイックミラー４６１により、青色光ＬＢ１と黄色光ＬＹ１とに分離される。複数のパワーメーター４６２，４６３の各々は、ダイクロイックミラー４６１によって分離された各光ＬＢ１，ＬＹ１の強度を検出する。
【００６２】
ダイクロイックミラー４６１で反射した青色光ＬＢ１の強度は、パワーメーター４６２により検出される。ダイクロイックミラー４６１を透過した黄色光ＬＹ１の強度は、パワーメーター４６３により検出される。
【００６３】
各パワーメーター４６２，４６３により検出された各光ＬＢ１，ＬＹ１の強度の検出結果は、演算処理装置４７に送られる。演算処理装置４７は、これらの強度検出結果に基づいて、各光の光量比率を算出するとともに、光量比率に対応する波長選択部材２４の一対の板材２４１の移動量を算出する。
【００６４】
記憶部４８には、照明光ＬＷの色味と光量比率との関係を示すテーブルが格納されている。
【００６５】
駆動装置４９は、演算処理装置４７から送出された移動量算出結果に基づいて、波長選択部材２４の一対の板材２４１を互いに離間もしくは接近させるように移動させる。このようにして、重なり領域Ｋの面積を目標値に一致させる。一対の板材２４１を移動させるための具体的な機構としては、特に限定されることなく、例えばガイドレールやモーター等を含む周知のスライド機構を用いることができる。
【００６６】
以下、光源装置１００における照明光ＬＷの色味の調整手順について説明する。
図７は、照明光ＬＷの色味の調整手順を示すフローチャートである。
最初に、照明光ＬＷの所望の色味が設定される（ステップＳ１）。このステップは、プロジェクター１の使用者がプロジェクター１に予め用意されている複数のカラーモードのうち、所望のカラーモードを入力する作業であってもよい。
【００６７】
次に、演算処理装置４７は、ステップＳ１で入力された所望の色味に対応する光量比率の目標値を記憶部４８のテーブルから読み出す（ステップＳ２）。本実施形態においては、照明光ＬＷに占める青色光成分の光量と黄色光成分の光量との比を光量比率と定義する。照明光ＬＷの所望の色味として、例えば青味がかった白色が入力されたときには、例えば３０／７０の光量比率が読み出され、黄色味がかった白色が入力された場合には、２０／８０の光量比率が読み出されるというように、照明光ＬＷの所望の色味と光量比率とは対応している。
【００６８】
次に、光センサーユニット４６は、パワーメーター４６２，４６３を用いて各波長帯の光、すなわち青色光ＬＢ１および黄色光ＬＹ１のそれぞれの光量を検出する（ステップＳ３）。その後、青色光ＬＢ１および黄色光ＬＹ１のそれぞれの光量の検出結果は、演算処理装置４７に送られる。
【００６９】
次に、演算処理装置４７は、各波長帯の光の光量検出結果に基づいて、光量比率を算出する（ステップＳ４）。
【００７０】
次に、演算処理装置４７は、ステップＳ４で算出した光量比率の算出値とステップＳ２でテーブルから読み出した光量比率の目標値とを比較し、上記の算出値が目標値と一致しているか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００７１】
ここで、上記の算出値が目標値と一致していない場合、演算処理装置４７は、駆動装置４９に信号を送出して波長選択部材２４を駆動し、重なり領域Ｋの面積を調整する（ステップＳ６）。
【００７２】
具体例として、光量比率の算出値が２５／７５であり、光量比率の目標値が３０／７０であったとする。このように、算出値が目標値よりも小さい場合、算出値を目標値に一致させるためには青色光の光量を増やす必要がある。そのため、演算処理装置４７は、一対の板材２４１が互いに離れる方向に波長選択部材２４を駆動する。これとは逆に、算出値が目標値よりも大きい場合、青色光の光量を減らす必要があるため、演算処理装置４７は、一対の板材２４１が互いに近付く方向に波長選択部材２４を駆動する。
【００７３】
このように、波長選択部材２４を所定量駆動した後、上記の算出値が目標値と一致するまでステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し、上記の算出値が目標値と一致したところで照明光ＬＷの色の調整は完了する（ステップＳ７）。
【００７４】
本実施形態の波長変換素子２０においては、波長選択部材２４と蛍光体部材２２の光射出面２２ｂとの重なり領域Ｋの面積を変化させることにより、照明光ＬＷのうち、波長選択部材２４を通って射出された黄色光成分が占める割合を変えることができる。これにより、照明光ＬＷに含まれる青色光の量と黄色光の量との割合を変えることができ、照明光ＬＷの色味を調整することができる。このようにして、本実施形態によれば、複数の蛍光体層を積層する従来の波長変換素子に比べて、簡易な構成で照明光ＬＷの色味を調整可能な波長変換素子２０を実現することができる。
【００７５】
特に本実施形態の場合、励起光ＬＥは青色光であり、蛍光光ＬＹが緑色光と赤色光とを含む黄色光であり、波長選択部材２４で青色光と黄色光とを分離する。そのため、照明光ＬＷのホワイトバランスが調整可能な波長変換素子２０を実現することができる。
【００７６】
また、本実施形態においては、波長選択部材２４が励起光ＬＥを反射させ、蛍光光ＬＹを透過させる波長分離特性を有するため、重なり領域Ｋの面積を大きくすると、蛍光光ＬＹの光量が増える方向に変化する。蛍光光ＬＹには人間の眼の視感度が高い緑色光ＬＧが含まれていることから、本実施形態のように蛍光光ＬＹの光量を増やす方向に変化させる構成とすることにより、明るい射出光が得られる。
【００７７】
また、本実施形態においては、蛍光体部材２２の光入射面２２ａおよび光射出面２２ｂと交差する側面２２ｃに反射膜２６が設けられているため、励起光ＬＥや蛍光光ＬＹが側面２２ｃから漏れることを抑制できるため、光利用効率が高められる。
【００７８】
また、本実施形態の光源装置１００は、上記の波長変換素子２０と、励起光ＬＥを射出する発光素子１０と、重なり領域Ｋの面積を制御する面積制御装置４０と、を備えているため、照明光ＬＷの色味を調整することができる。
【００７９】
また、本実施形態のプロジェクターは、上記の光源装置１００を備えているため、色再現性に優れている。
【００８０】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクター、光源装置、および波長変換素子の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長選択部材の波長分離特性が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター、光源装置、および波長変換素子の説明は省略し、波長選択部材についてのみ説明する。
図８は、第２実施形態の波長選択部材の波長分離特性を示す図である。
【００８１】
図８に示すように、本実施形態では、第１の波長帯（青色帯）の光を透過させ、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを含む第２の波長帯（黄色帯）の光を反射させる波長分離特性を有する波長選択部材が用いられている。
【００８２】
この波長選択部材を用いた場合、一対の板材同士を接近させ、重なり領域を大きくする程、第１実施形態とは逆に、照明光に占める青色光の比率が大きくなり、黄色光の比率が小さくなる。また、一対の板材同士を離間させ、重なり領域を小さくする程、照明光に占める青色光の比率が小さくなり、黄色光の比率が大きくなる。
【００８３】
本実施形態においても、簡易な構成で射出光の色味を調整可能な波長変換素子を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図９を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクター、光源装置、および波長変換素子の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長選択部材の波長分離特性が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター、光源装置、および波長変換素子の説明は省略し、波長選択部材についてのみ説明する。
図９は、第３実施形態の波長選択部材の波長分離特性を示す図である。
【００８５】
図９に示すように、本実施形態では、第１の波長帯（青色帯）の光を反射させ、第２の波長帯（赤色帯）の光を透過させる波長分離特性を有する波長選択部材が用いられている。本実施形態において、第１の波長帯は青色帯であり、第２の波長帯は赤色帯である。また、波長選択部材は、第１の波長帯および第２の波長帯以外の波長帯、すなわち、緑色帯の光を青色帯の光とともに反射させる波長分離特性を有する。
【００８６】
この波長選択部材を用いた場合、一対の板材同士を接近させ、重なり領域を大きくする程、射出光に占める青色光および緑色光の比率が小さくなり、赤色光の比率が大きくなる。また、一対の板材同士を離間させ、重なり領域を小さくする程、射出光に占める青色光および緑色光の比率が大きくなり、赤色光の比率が小さくなる。
【００８７】
本実施形態においても、簡易な構成で射出光の色味を調整可能な波長変換素子を実現できる、といった第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１０を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび光源装置の説明は省略し、波長変換素子についてのみ説明する。
図１０は、第４実施形態の波長変換素子の断面図である。
図１０において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８９】
図１０に示すように、本実施形態の波長変換素子５０は、蛍光体部材２２と、波長選択部材２４と、第１の反射膜５１（第１の光反射部材）と、第２の反射膜５２と、を備えている。第１の反射膜５１は、第１実施形態の反射膜２６と同一の部材であり、蛍光体部材２２の側面２２ｃに設けられている。
【００９０】
波長選択部材２４は、第１実施形態と同様、第１の波長帯（青色帯）の光を反射させ、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを含む第２の波長帯（黄色帯）の光を透過させる波長分離特性を有する。
【００９１】
第２の反射膜５２は、蛍光体部材２２の光入射面２２ａの一部に設けられている。第２の反射膜５２は、第１の反射膜５１と同様、例えばアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜で構成されていてもよいし、誘電体多層膜で構成されていてもよい。第２の反射膜５２は、少なくとも第１の波長帯（青色帯）の光を反射させる特性を有していればよいが、全ての可視帯域の光を反射させる特性を有していてもよい。
【００９２】
このように、第２の反射膜５２が蛍光体部材２２の光入射面２２ａの一部に設けられたことにより、光入射面２２ａのうち、第２の反射膜５２が設けられていない領域では励起光ＬＥが透過し、第２の反射膜５２が設けられた領域では励起光ＬＥが反射する。すなわち、光入射面２２ａは、励起光ＬＥを透過させる透過領域Ｔと、励起光ＬＥを反射させる反射領域Ｒと、を備える。
波長変換素子５０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９３】
本実施形態においても、簡易な構成で射出光の色味を調整可能な波長変換素子を実現できる、といった第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００９４】
第１実施形態の波長変換素子２０においては、波長選択部材２４で反射して光入射面２２ａに向けて進行した励起光ＬＥの一部は、光入射面２２ａから射出される場合があり、照明光ＬＷとして利用されなかった。これに対し、本実施形態の波長変換素子５０においては、光入射面２２ａが透過領域Ｔと反射領域Ｒとを備えているため、透過領域Ｔから入射した励起光ＬＥの一部ＬＥ２は、波長選択部材２４で反射して光入射面２２ａに向けて進行した後、反射領域Ｒの第２の反射膜５２で反射する。この光ＬＥ２は、再度光射出面２２ｂに向かって進み、照明光ＬＷとして利用される。
【００９５】
また、第２の反射膜５２が全ての可視帯域の光を反射させる特性を有する場合、励起光ＬＥの一部ＬＥ２のみならず、蛍光光ＬＹのうち、光入射面２２ａに向けて進行した成分の一部も反射領域Ｒで反射し、照明光として利用される。このように、本実施形態によれば、光利用効率の高い波長変換素子５０を実現することができる。
【００９６】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１１および図１２を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターのうち、光源装置および波長変換素子の構成が第１実施形態と異なり、その他の構成が共通である。そのため、共通部分の説明は省略し、光源装置および波長変換素子についてのみ説明する。
図１１は、第５実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図１２は、第５実施形態の波長変換素子の断面図である。
図１１および図１２において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００９７】
図１２に示すように、本実施形態のプロジェクター２において、光源装置１０１は、発光素子１０と、コリメート光学系７０と、波長変換素子６０と、面積制御装置４０と、ピックアップ光学系９０と、位相差板８１と、偏光分離素子８２と、ホモジナイザー光学系１２５と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。
【００９８】
波長変換素子２０、ピックアップ光学系９０、位相差板８１、偏光分離素子８２、ホモジナイザー光学系１２５、偏光変換素子１４０、および重畳レンズ１５０は、照明光軸１００ａｘ上に配置されている。発光素子１０およびコリメート光学系７０は、照明光軸１００ａｘと直交する光軸１１０ａｘ上に配置されている。波長変換素子６０については、後で詳しく説明する。
【００９９】
偏光分離素子８２は、第１の波長帯（青色帯）の光に対してＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる偏光分離特性を有する。さらに、偏光分離素子８２は、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを含む第２の波長帯（黄色帯）の光に対して偏光状態に依らずにこの光を透過させる波長分離特性を有する。偏光分離素子８２は、照明光軸１００ａｘおよび光軸１１０ａｘのそれぞれに対して４５°の角度をなすように配置されている。
【０１００】
位相差板８１は、例えば１／４波長板から構成されている。偏光分離素子８２で反射したＳ偏光の励起光ＬＥｓは、位相差板８１を透過することによって、例えば右回りの円偏光に変換される。位相差板８１を透過した励起光ＬＥｒは、ピックアップ光学系９０に入射する。
【０１０１】
図１２に示すように、本実施形態の波長変換素子６０は、蛍光体部材２２と、波長選択部材６４と、第１の反射膜６１（第１の光反射部材）と、第２の反射膜６２（第２の光反射部材）と、を備えている。第１の反射膜６１は、第１実施形態の反射膜２６と同一の部材であり、蛍光体部材２２の側面２２ｃに設けられている。
【０１０２】
本実施形態の波長変換素子６０は反射型の波長変換素子である。すなわち、波長変換素子６０の光射出面２２ａｂは、励起光ＬＥｒを入射させる光入射面を兼ねている。
【０１０３】
波長選択部材６４は、図８に示した第２実施形態の波長選択部材と同様、第１の波長帯（青色帯）の光を透過させ、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを含む第２の波長帯（黄色帯）の光を反射させる波長分離特性を有する。本実施形態の場合、波長選択部材６４が設けられた光射出面２２ａｂの側から励起光ＬＥｒを入射させるため、波長選択部材６４が第１の波長帯の光を透過させる波長分離特性を有していなかったとすると、波長選択部材６４と光射出面２２ａｂとの重なり領域を通して励起光ＬＥｒが入射できない。例えば波長選択部材６４の一対の板材６４１が全閉状態であったとすると、励起光ＬＥｒは蛍光体部材２２に全く入射できず、蛍光光ＬＹを得ることができない。
【０１０４】
第２の反射膜６２は、蛍光体部材２２の光射出面２２ａｂとは反対側の全面に設けられている。第２の反射膜６２は、第１の反射膜６１と同様、例えばアルミニウム、銀等の反射率の高い金属膜で構成されていてもよいし、誘電体多層膜で構成されていてもよい。第２の反射膜６２は、全ての可視帯域の光を反射させる特性を有する。このように、第２の反射膜６２が光射出面２２ａｂとは反対側の面に設けられたことにより、励起光ＬＥｒの他の一部および蛍光光ＬＹは第２の反射膜６２で反射し、光射出面２２ａｂから射出される。
波長変換素子６０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１０５】
例えば右回りの円偏光として入射した励起光ＬＥｒは、第２の反射膜６２で反射した際に左回りの円偏光ＬＥｖに変換され、蛍光光ＬＹとともに光射出面２２ａｂから射出される。その後、ピックアップ光学系９０を透過した左回りの円偏光ＬＥｖは、再び位相差板８１を透過することによりＰ偏光の青色光ＬＥｐに変換される。青色光ＬＥｐは、偏光分離素子８２を透過してミラーガラス４１に向かって進む。
【０１０６】
面積制御装置４０を構成するミラーガラス４１は、偏光分離素子８２とホモジナイザー光学系１２５との間の照明光軸１００ａｘ上に設けられている。その他の面積制御装置４０の構成は第１実施形態と同様である。
【０１０７】
本実施形態の波長変換素子６０において、波長選択部材６４の一対の板材６４１同士を接近させ、重なり領域を大きくする程、照明光ＬＷに占める青色光の比率が大きくなり、黄色光の比率が小さくなる。また、一対の板材６４１同士を離間させ、重なり領域を小さくする程、照明光ＬＷに占める青色光の比率が小さくなり、黄色光の比率が大きくなる。
【０１０８】
このようにして、簡易な構成で射出光の色味を調整可能な波長変換素子６０を実現できる、といった第１〜第４実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０９】
本実施形態の構成によれば、光射出面２２ａｂと同じ側から光を入射させる波長変換素子６０、いわゆる反射型の波長変換素子を実現することができる。
【０１１０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態の光源装置では、面積制御装置に図６に示す光センサーユニット４６が用いられたが、この構成に代えて、図１３に示す光センサーユニット１４６が用いられてもよい。
【０１１１】
図１３に示すように、光センサーユニット１４６は、カラーＣＣＤ、カラーＣＭＯＳイメージセンサー等からなるカラーセンサー１４７を備えている。カラーセンサー１４７は、可視帯域を分割した複数の波長域毎の光量の比率を検出する。
【０１１２】
また、第１実施形態においては、照明光の色味の調整手順として、プロジェクターの使用者が照明光の所望の色味を入力し、面積制御装置は、入力された所望の色味を目標値として重なり領域の面積を調整する例を挙げたが、この例に代えて、例えば、発光素子の経時変化によって照明光の色味が変化する際にセンサーが色味の変化を検出し、面積制御装置は、経時変化前の照明光の色味を目標値として重なり領域の面積を調整する構成としてもよい。
【０１１３】
また、上記実施形態では、互いに接近もしくは離間する一対の板材からなる波長選択部材の例を挙げたが、重なり領域の面積を可変とする波長選択部材の構成は、これに限定されない。例えば、楔形の開口部を有し、移動可能とされた板材からなる波長選択部材が用いられてもよい。
【０１１４】
その他、波長変換素子および光源装置を構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。
【０１１５】
その他、プロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
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。
【符号の説明】
【０１１６】
１，２…プロジェクター、１０…発光素子、２０，５０，６０…波長変換素子、２２…蛍光体部材、２２ａ…光入射面、２２ｂ，２２ａｂ…光射出面、２２ｃ…側面（光射出面と交差する面）、２４，６４…波長選択部材、２６…反射膜（第１の光反射部材）４０…面積制御装置、５１，６１…第１の反射膜（第１の光反射部材）、６２…第２の反射膜（第２の光反射部材）、１００，１０１…光源装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置、６００…投射光学系、Ｒ…反射領域、Ｔ…透過領域、Ｋ…重なり領域、ＬＥ…励起光、ＬＹ…蛍光光（変換光）。
【図１】
2018132687.tif 000003
【図２】
2018132687.tif 000004
【図３】
2018132687.tif 000005
【図４Ａ】
2018132687.tif 000006
【図４Ｂ】
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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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