(57)【要約】      （修正有）【課題】励起光の増大に伴う種々の不具合を解消する光源装置を提供する。【解決手段】光源装置２は、第１波長域の第１の光ＬＢ１を射出する第１の発光装置７１１Ｂと、第２波長域の第１偏光方向の第２の光ＬＲ２を射出する第２の発光装置７１１Ｒと、を有する光源部７０と、第１の光を、第１偏光方向の第３の光ＬＢ３と第２偏光方向の第４の光ＬＢ４とを含む光に変換する第１の位相差素子４６と、第４の光により励起される蛍光体層３４を含み、第３波長域の第５の光ＬＧ５を生成する波長変換素子２７と、第２の光が拡散された第６の光ＬＲ６と第３の光が拡散された第７の光ＬＢ７とを生成する拡散素子３０１と、第２の光および第３の光から第４の光を分離して波長変換素子に導くと共に、第２の光および第３の光を拡散素子に導き、波長変換素子からの第５の光と拡散素子からの第６の光および第７の光とを合成して照明光を生成する偏光分離素子５０と、を備える。【選択図】図２
2019061082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長域の第１の光を射出する第１の発光装置と、前記第１波長域とは異なる第２波長域の第１偏光方向の第２の光を射出する第２の発光装置と、を有する光源部と、
前記第１の光および前記第２の光の光路上に設けられ、前記第１の光を、前記第１偏光方向の第３の光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向の第４の光とを含む光に変換する第１の位相差素子と、
前記第４の光によって励起される蛍光体を含み、前記第１波長域および前記第２波長域と異なる第３波長域の第５の光を生成する波長変換素子と、
前記第２の光と前記第３の光とを拡散させ、前記第２の光が拡散された第６の光と前記第３の光が拡散された第７の光とを生成する拡散素子と、
前記第１の位相差素子から射出された前記第２の光、前記第３の光および前記第４の光のうち、前記第２の光および前記第３の光から前記第４の光を分離して前記波長変換素子に導き、前記第２の光および前記第３の光を前記拡散素子に導くとともに、前記波長変換素子から射出された前記第５の光と前記拡散素子から射出された前記第６の光および前記第７の光とを合成して照明光を生成する偏光分離素子と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源部は、複数の前記第１の発光装置と、複数の前記第２の発光装置と、前記複数の第１の発光装置と前記複数の第２の発光装置とを支持する支持部材と、を備え、
前記複数の第１の発光装置と前記複数の第２の発光装置とは、前記光源部の中心軸を中心として回転対称に配置されてい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】
前記第１の位相差素子は、波長域が互いに異なる前記第１の光と前記第２の光とが入射した際に、前記第１の光に対して位相差を付与する位相差板で構成されてい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の位相差素子は、前記第１の光の光路上に配置され、前記第２の光の光路上には配置されていない形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源部は、複数の前記第１の発光装置を含む第１光源部と、複数の前記第２の発光装置を含む第２光源部と、前記第１光源部からの複数の前記第１の光と前記第２光源部からの複数の前記第２の光とを合成するダイクロイックミラーと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の位相差素子の光学軸の方向を回転させる駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、前記光学軸の方向を回転させることにより、前記第１の位相差素子を射出した後の前記第３の光の光量と前記第４の光の光量との比率を調整することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記照明光を構成する前記第５の光の光量、前記第６の光の光量および前記第７の光の光量を検出する光量検出部と、
前記駆動部と前記第２の発光装置とを少なくとも制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記光量検出部の検出結果に基づいて、前記第１の位相差素子の回転角と前記第２の発光装置が射出する前記第２の光の光量との少なくとも一方を調整す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】
前記拡散素子の第１面から入射した前記第２の光と前記第３の光とを反射させて前記第６の光と前記第７の光とを前記第１面から射出させる反射部と、
前記偏光分離素子と前記拡散素子との間の前記第２の光および前記第３の光の光路上に設けられ、前記第１波長域と前記第２波長域との双方の光に対して位相差を付与可能な第２の位相差素子と、
をさらに備えた請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の発光装置は、青色光を発光する固体光源で構成され、
前記第２の発光装置は、赤色光を発光する固体光源で構成され、
前記蛍光体は、緑色光を発光する蛍光体で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９まで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、を備えた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た際に、蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。
【０００３】
例えば下記の特許文献１に、青色光を射出する半導体レーザーと、青色光が入射する第１の位相差板と、第１の位相差板からの光を偏光状態が異なる２つの光束に分離する第１の偏光分離素子と、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体を含む波長変換素子と、青色光の他の一部を拡散させる拡散素子と、を備えた照明装置が開示されている。特許文献１には、この照明装置によれば、第１の位相差板の光学軸の方向を回転させることにより、波長変換素子からの黄色光と拡散素子からの青色光との比率を調整することができ、ホワイトバランスが調整できる、と記載されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２に、青色光を射出する半導体レーザーと、赤色光を射出する半導体レーザーと、偏光分離素子と、青色光を吸収して緑色光を生成する蛍光体層と、青色光と赤色光とを反射させる反射部と、を備えた照明装置が開示されている。特許文献２には、この照明装置では、青色光と赤色光とが偏光分離素子を経て蛍光体層に入射された際に、青色光を励起光として蛍光体から発せられた緑色光と反射部で反射した青色光および赤色光とが合成され、白色光が生成される、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１０６１３０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１，２の照明装置には、以下の問題点がある。
特許文献１に記載の波長変換素子は、青色光を黄色光に変換する蛍光体、すなわち、青色光を緑色光成分と赤色光成分とを含む光に変換する蛍光体を含んでいる。そのため、緑色光成分を発する蛍光体と赤色光成分を発する蛍光体の双方を励起させなければならず、多量の励起光を蛍光体に照射する必要がある。その結果、光密度が増大して蛍光体の変換効率が低下する、温度消光が生じる、色温度の調整が難しい、蛍光体が損傷しやすくなる、等の問題点が生じる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の照明装置では、特許文献１の照明装置とは異なり、緑色光を発生する蛍光体が用いられている。ところが、青色光と赤色光とを蛍光体に照射する構成であるため、蛍光体の光密度や温度が上昇し、特許文献１と同様の問題点が生じる。
【０００８】
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って、蛍光体に照射する励起光が増えることに伴う種々の不具合を解消することができる光源装置を提供することを目的の一つとする。また、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】
【０００９】
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、第１波長域の第１の光を射出する第１の発光装置と、前記第１波長域とは異なる第２波長域の第１偏光方向の第２の光を射出する第２の発光装置と、を有する光源部と、前記第１の光および前記第２の光の光路上に設けられ、前記第１の光を、前記第１偏光方向の第３の光と前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向の第４の光とを含む光に変換する第１の位相差素子と、前記第４の光によって励起される蛍光体を含み、前記第１波長域とも前記第２波長域とも異なる第３波長域の第５の光を生成する波長変換素子と、前記第２の光と前記第３の光とを拡散させ、前記第２の光が拡散された第６の光と前記第３の光が拡散された第７の光とを生成する拡散素子と、前記第１の位相差素子から射出された前記第２の光、前記第３の光および前記第４の光のうち、前記第２の光および前記第３の光から前記第４の光を分離して前記波長変換素子に導き、前記第２の光および前記第３の光を前記拡散素子に導くとともに、前記波長変換素子から射出された前記第５の光と前記拡散素子から射出された前記第６の光および前記第７の光とを合成して照明光を生成する偏光分離素子と、を備えている。
【００１０】
本発明の一つの態様の光源装置において、第１の発光装置からの第１波長域の第１の光は、第１の位相差素子によって第１偏光方向の第３の光と第２偏光方向の第４の光とを含む光に変換され、第４の光は偏光分離素子によって波長変換素子に導かれる。波長変換素子においては、蛍光体が第４の光によって励起され、第３波長域の第５の光が生成される。一方、第２の発光装置からの第２の光と第１の位相差素子によって変換された第３の光とが偏光分離素子によって拡散素子に導かれ、これらの光が拡散されて第６の光、第７の光がそれぞれ生成される。波長変換素子から射出された第５の光と、拡散素子から射出された第６の光および第７の光と、は偏光分離素子により合成され、照明光となる。
【００１１】
このように、本発明の一つの態様の光源装置では、照明光の波長域である第１〜第３波長域のうち、第１波長域の第４の光が蛍光体を励起する励起光となって第３波長域の第５の光が生成され、第２波長域の第２の光および第１波長域の第３の光が拡散素子に入射する。上記の波長域を色として言い換えると、本発明の一つの態様の光源装置では、第１の色光の一部を蛍光体に入射させて第３の色光を生成し、第１の色光の他の一部と第２の色光とを拡散素子で拡散させている。これにより、本発明の一つの態様の光源装置においては、特許文献１，２の照明装置に比べて励起光の量を減らすことができ、励起光が増大することに伴う種々の不具合を解消しつつ、強度の高い光を得ることができる。
【００１２】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記光源部は、複数の前記第１の発光装置と、複数の前記第２の発光装置と、前記複数の第１の発光装置と前記複数の第２の発光装置とを支持する支持部材と、を備え、前記複数の第１の発光装置と前記複数の第２の発光装置とは、前記光源部の中心軸を中心として回転対称に配置されていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、複数の第１の光から生成される複数の第３の光が拡散素子に入射する際の入射角と、複数の第２の光が拡散素子に入射する際の入射角と、を略等しくすることができる。これにより、第１波長域と第２波長域とに関する色ムラを抑えることができる。
【００１４】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の位相差素子は、波長域が互いに異なる前記第１の光と前記第２の光とが入射した際に、前記第１の光に対して選択的に位相差を付与する狭帯域位相差板で構成されていてもよい。
【００１５】
この構成によれば、第１の光の光路上と第２の光の光路上とにわたって第１の位相差素子を配置することができる。そのため、第１の位相差素子の形状を各光の光路に合わせて加工したり、第１の光の光路上のみに第１の位相差素子を配置したりする必要がなく、第１の位相差素子の構成を簡素化できる。
【００１６】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の位相差素子は、前記第１の光の光路上に配置され、前記第２の光の光路上には配置されていない形状の位相差板で構成されていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、第２の光が第１の位相差素子を透過しないため、第１の位相差素子として、波長依存性を持たない位相差板を用いることができる。位相差板の材料として例えば水晶を用いることにより、第１の位相差素子の耐熱性を確保することができる。
【００１８】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記光源部は、複数の前記第１の発光装置を含む第１光源部と、複数の前記第２の発光装置を含む第２光源部と、前記第１光源部からの複数の前記第１の光と前記第２光源部からの複数の前記第２の光とを合成するダイクロイックミラーと、を備えていてもよい。
【００１９】
この構成によれば、複数の第１の発光装置を含む第１光源部と複数の第２の発光装置を含む第２光源部とを離れた位置に配置することができ、複数の発光装置の配置の自由度を高められる。さらに、この構成によれば、第１光源部とダイクロイックミラーとの間の第１の光の光路上に第１の位相差素子を配置できるため、第１の位相差素子として、波長依存性を持たない位相差板を用いることができる。位相差板の材料として例えば水晶を用いることにより、第１の位相差素子の耐熱性を確保することができる。
【００２０】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１の位相差素子の光学軸の方向を回転させる駆動部をさらに備えていてもよく、前記駆動部は、前記光学軸の方向を回転させることにより、前記第１の位相差素子を射出した後の前記第３の光の光量と前記第４の光の光量との比率を調整してもよい。
【００２１】
この構成によれば、拡散素子に入射する第３の光の光量と波長変換素子に入射する第４の光の光量との比率を調節することによって、拡散素子から射出される第７の光の光量と波長変換素子から射出される第５の光の光量との比率を調節することができる。これにより、第１波長域の色と第３波長域の色とに起因する色ムラを抑えることができる。
【００２２】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記照明光を構成する前記第５の光の光量、前記第６の光の光量および前記第７の光の光量を検出する光量検出部と、前記駆動部と前記第２の発光装置とを少なくとも制御する制御部と、をさらに備えていてもよく、前記制御部は、前記光量検出部の検出結果に基づいて、前記第１の位相差素子の回転角と前記第２の発光装置が射出する前記第２の光の光量との少なくとも一方を調整してもよい。
【００２３】
この構成によれば、制御部は、光量検出部の検出結果に基づいて、第１の位相差素子の回転角を調整することにより、拡散素子から射出される第７の光の光量と波長変換素子から射出される第５の光の光量との比率を調節することができ、さらに第２の発光装置からの第２の光の光量を調整することにより、拡散素子から射出される第６の光の光量を調節することができる。これにより、第１波長域の色、第２波長域の色および第３波長域の色に起因する色ムラを抑えることができる。
【００２４】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記拡散素子の第１面から入射した前記第２の光と前記第３の光とを反射させて前記第６の光と前記第７の光とを前記第１面から射出させる反射部と、前記偏光分離素子と前記拡散素子との間の前記第２の光および前記第３の光の光路上に設けられ、前記第１波長域と前記第２波長域との双方の光に対して位相差を付与可能な第２の位相差素子と、をさらに備えていてもよい。
【００２５】
この構成によれば、反射型の拡散素子を用いることができるため、光源装置の光学系の構成を簡素にすることができる。
【００２６】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の発光装置は、青色光を発光する固体光源で構成され、前記第２の発光装置は、赤色光を発光する固体光源で構成され、前記蛍光体は、緑色光を発光する蛍光体で構成されていてもよい。
【００２７】
一般に、緑色光を発光する蛍光体は、赤色光を発光する蛍光体に比べて変換効率が高い。また、赤色光を発光する固体光源は、緑色光を発光する固体光源に比べて発光効率が高い。そのため、上記の構成によれば、白色光を射出可能な高効率の光源装置を実現することができる。
【００２８】
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、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、表示品質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】
【００３０】
【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実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図３】光源部の斜視図である。
【図４】Ｘ方向から見た光源部の正面図である。
【図５】偏光分離素子の分光特性を示すグラフである。
【図６】第１の位相差板の変形例を示す光源部の正面図である。
【図７】第２実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図８】第３実施形態の光源装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［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８を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた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、構成要素により寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３２】
本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー画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、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ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１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を用いている。
【００３３】
図１は、本実施形態のプロジェクター１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２、色分離導光光学系３、赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、青色光用光変調装置４Ｂ、光合成光学系５、および投射光学系６を備えている。
【００３４】
本実施形態において、光源装置２は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢを含む白色の照明光ＷＬを射出する。光源装置２の詳細な構成については、後述する。
【００３５】
色分離導光光学系３は、ダイクロイックミラー７ａ、ダイクロイックミラー７ｂ、反射ミラー８ａ、反射ミラー８ｂ、反射ミラー８ｃ、リレーレンズ９ａ、およびリレーレンズ９ｂを備えている。色分離導光光学系３は、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢに分離するとともに、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢをそれぞれ対応する赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂに導く。
【００３６】
色分離導光光学系３と赤色光用光変調装置４Ｒとの間には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。色分離導光光学系３と緑色光用光変調装置４Ｇとの間には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。色分離導光光学系３と青色光用光変調装置４Ｂとの間には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。
【００３７】
ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過させ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射させる。ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過させる。反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを反射させる。反射ミラー８ｂおよび反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを反射させる。
【００３８】
赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂの各々は、入射された色光を画像情報に応じて変調して画像を形成する液晶パネルから構成されている。
【００３９】
図示を省略したが、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と赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、青色光用光変調装置４Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、青色光用光変調装置４Ｂと光合成光学系５との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。
【００４０】
光合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系５は、赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、青色光用光変調装置４Ｂの各々から射出された画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズムは、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面に、誘電体多層膜が設けられている。
【００４１】
光合成光学系５から射出されたカラー画像は、投射光学系６によってスクリーンＳＣＲ上に拡大投射される。
【００４２】
図２は、光源装置２の概略構成図である。
以下の説明では、座標軸として、光源装置２から照明光ＷＬが射出される方向をＹ方向とし、光源部から青色光ＬＢおよび赤色光ＬＲが射出される方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と垂直で、紙面の手前から奥へ向かう方向をＺ方向とする直交座標系を用いる。
【００４３】
図２に示すように、光源装置２は、光源部７０と、第１の位相差板４６（第１の位相差素子）と、モーター４７（駆動部）と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、第１のピックアップ光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差板２８（第２の位相差素子）と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散装置３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、光量モニター用ミラー４２と、光量検出部４３と、制御部４４と、を備えている。
【００４４】
上記の構成要件のうち、光源部７０と、第１の位相差板４６と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、第２の位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散装置３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、波長変換素子２７と、第１のピックアップ光学系２６と、偏光分離素子５０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。
【００４５】
図３は、光源部７０の斜視図である。図３において、図面を見やすくするため、一部の半導体レーザーの台座の図示を省略する。
図４は、光源部７０をＸ軸方向から見た正面図である。
図３および図４に示すように、光源部７０は、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂ（第１の発光装置）と、複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒ（第２の発光装置）と、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂと複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒとを支持する支持部材７１２と、を備えている。本実施形態では、光源部７０は、３個の青色半導体レーザー７１１Ｂと、４個の赤色半導体レーザー７１１Ｒと、を備えている。ただし、青色半導体レーザー７１１Ｂおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒの個数は、適宜変更が可能である。
【００４６】
３個の青色半導体レーザー７１１Ｂの各々は、例えばピーク波長が４６０〜４８０ｎｍの青色光ＬＢ１（第１波長域の第１の光）を射出する。すなわち、青色半導体レーザー７１１Ｂは、青色光ＬＢ１を射出する固体光源で構成されている。４個の赤色半導体レーザー７１１Ｒの各々は、例えばピーク波長が６１０〜６８０ｎｍのＰ偏光の赤色光ＬＲ２（第２波長域の第１偏光方向の第２の光）を射出する。すなわち、赤色半導体レーザー７１１Ｒは、赤色光ＬＲ２を射出する固体光源で構成されている。なお、本明細書において、Ｐ偏光、Ｓ偏光等の偏光方向に関する記載は、特に断らない限り、偏光分離素子５０に対する偏光方向とする。
【００４７】
以下の説明では、３個の青色半導体レーザー７１１Ｂから射出された３本の青色光ＬＢ１を合わせて、青色光ＬＢ１と称する。同様に、４個の赤色半導体レーザー７１１Ｒから射出された４本の赤色光ＬＲ２を合わせて、赤色光ＬＲ２と称する。すなわち、光源部７０は、青色光ＬＢ１と赤色光ＬＲ２とを射出する。
【００４８】
青色半導体レーザー７１１Ｂおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒは、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザーで構成されている。パッケージ７１６は、双方の半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｒで共通であり、台座７１３と缶体７１４とから構成されている。青色半導体レーザー７１１Ｂは、パッケージ７１６に収容された１個の青色半導体レーザーチップ７１５Ｂを備えている。赤色半導体レーザー７１１Ｒは、パッケージ７１６に収容された１個の赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒを備えている。青色半導体レーザー７１１Ｂ、赤色半導体レーザー７１１Ｒの双方ともに、パッケージ７１６の光射出側にコリメートレンズ７８８（図３参照）が装着されている。
【００４９】
支持部材７１２は、円板状の部材で構成され、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂおよび複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒを支持する。支持部材７１２の材料は特に限定されないが、例えば熱伝導率が高い金属が望ましい。
【００５０】
図４に示すように、Ｘ方向（光の射出方向）から見たとき、３個の青色半導体レーザー７１１Ｂと３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒとは、中央の１個の赤色半導体レーザー７１１Ｒを取り囲むように配置されている。さらに、外周側の３個の青色半導体レーザー７１１Ｂと３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒとは、支持部材７１２の周方向に沿って交互に設けられている。１個の青色半導体レーザー７１１Ｂは、両隣の赤色半導体レーザー７１１Ｒと接している。１個の赤色半導体レーザー７１１Ｒは、両隣の青色半導体レーザー７１１Ｂと接している。外周の各青色半導体レーザー７１１Ｂと各赤色半導体レーザー７１１Ｒとは、中央の赤色半導体レーザー７１１Ｒと接している。すなわち、合計７個の半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｒは、最密充填に配置されている。
【００５１】
このように、３個の青色半導体レーザー７１１Ｂは、光源部７０の中心軸ＣＢの周りに実質的に回転対称に配置されている。また、４個の赤色半導体レーザー７１１Ｒは、光源部７０の中心軸ＣＢの周りに実質的に回転対称に配置されている。よって、青色光ＬＢ１の中心軸と赤色光ＬＲ２の中心軸とは、光源部７０の中心軸ＣＢと一致する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に表示された画像の色ムラが低減される。この効果については、後で詳述する。なお、本明細書において、「実質的に回転対称」という記載は、完全に回転対称な配置だけでなく、色ムラを許容できる程度に低減できる配置も含まれる。
【００５２】
図４に示すように、赤色半導体レーザー７１１Ｒは、赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒの発光領域７１５Ｒａの長手方向Ｗ１がＺ軸と平行になる向きに配置されている。赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒは、発光領域７１５Ｒａの短手方向Ｗ２が偏光方向となる直線偏光を射出する。すなわち、赤色半導体レーザー７１１Ｒは、Ｙ方向を偏光方向とする直線偏光、すなわちＰ偏光を射出する。これにより、赤色光ＬＲ２は、後段の偏光分離素子５０を透過することができる。
【００５３】
また、青色半導体レーザー７１１Ｂは、赤色半導体レーザー７１１Ｒと同様、青色半導体レーザーチップ７１５Ｂの発光領域７１５Ｂａの長手方向Ｗ１がＺ軸と平行になる向きに配置されている。ところが、青色半導体レーザーチップ７１５Ｂは、赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒとの発振モードの違いにより、発光領域７１５Ｂａの長手方向Ｗ１が偏光方向となる直線偏光を射出する。すなわち、青色半導体レーザー７１１Ｂは、Ｚ方向を偏光方向とする直線偏光、すなわちＳ偏光を射出する。
【００５４】
赤色半導体レーザー７１１Ｒは、赤色光ＬＲ２が偏光分離素子５０を透過できるように必ずＰ偏光を射出する必要がある。これに対して、青色半導体レーザー７１１Ｂは、青色光ＬＢ１が後段の第１の位相差板４６によってＰ偏光とＳ偏光とを含む光に変換されるため、青色半導体レーザー７１１Ｂは、Ｐ偏光を射出してもよいし、Ｓ偏光を射出してもよいし、Ｐ偏光とＳ偏光とが混在する光を射出してもよい。したがって、図４の例では、青色半導体レーザーチップ７１５Ｂの発光領域７１５Ｂａの長手方向Ｗ１がＺ軸を向いているが、赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒと異なり、青色半導体レーザーチップ７１５Ｂの発光領域７１５Ｂａの長手方向Ｗ１はどの方向を向いていてもよい。
【００５５】
図２に示すように、第１の位相差板４６は、光源部７０とホモジナイザー光学系２４との間の青色光ＬＢ１および赤色光ＬＲ２の光路上に設けられている。図４に示すように、Ｘ方向から見た第１の位相差板４６（網掛けの部分）の平面形状は、円環状であって、光源部７０の外周側の３個の青色半導体レーザー７１１Ｂの光路と３個の赤色半導体レーザー７１１Ｒの光路とに重なり、中央の赤色半導体レーザー７１１Ｒの光路とは重ならない。したがって、外周側の青色半導体レーザー７１１Ｂから射出された青色光ＬＢ１と赤色半導体レーザー７１１Ｒから射出された赤色光ＬＲ２とが第１の位相差板４６に入射する。なお、第１の位相差板４６の平面形状は、円形であってもよく、中央の赤色半導体レーザー７１１Ｒの光路にも重なっていてもよい。
【００５６】
第１の位相差板４６は、波長域が互いに異なる青色光ＬＢ１と赤色光ＬＲ２とが入射した際に、青色光ＬＢ１に対して選択的に位相差を付与する狭帯域位相差板で構成されている。具体的には、第１の位相差板４６は、赤色光ＬＲ２に対しては波長板として機能せず、青色光ＬＢ１に対してのみ１／２波長板として機能するカラーセレクト（登録商標）と呼ばれる狭帯域位相差板で構成されている。この種の狭帯域位相差板は、樹脂製の延伸フィルムから構成されている。
【００５７】
また、第１の位相差板４６は、青色光ＬＢ１と赤色光ＬＲ２とが入射する面内で回転可能に設けられている。第１の位相差板４６は、第１の位相差板４６の光学軸が青色光ＬＢ１の偏光軸と交差するように配置されている。なお、第１の位相差板４６の光学軸は、第１の位相差板４６の進相軸もしくは遅相軸のいずれであってもよい。
【００５８】
したがって、Ｓ偏光の青色光ＬＢ１とＰ偏光の赤色光ＬＲ２とが第１の位相差板４６に入射した際に、赤色光ＬＲ２については、偏光方向が変わることなく、Ｐ偏光の赤色光ＬＲ２が第１の位相差板４６から射出される。一方、青色光ＬＢ１については、青色光ＬＢ１がＰ偏光の青色光ＬＢ３（第１偏光方向の第３の光）とＳ偏光の青色光ＬＢ４（第２偏光方向の第４の光）とを含む光に変換され、第１の位相差板４６から射出される。
【００５９】
すなわち、青色光ＬＢ１の偏光軸が第１の位相差板４６の光学軸と交差しているため、青色光ＬＢ１が第１の位相差板４６を透過することによってＳ偏光とＰ偏光とを含む光が生成される。その結果、第１の位相差板４６を透過した青色光ＬＢ１は、Ｐ偏光の青色光ＬＢ３とＳ偏光の青色光ＬＢ４とが所定の割合で混在した光となる。なお、光源部７０の中央の赤色半導体レーザー７１１Ｒからの赤色光ＬＲ２は、第１の位相差板４６に入射しないため、Ｐ偏光のままである。
【００６０】
第１の位相差板４６に、第１の位相差板４６を回転させるためのモーター４７が接続されている。モーター４７は、後述する制御部４４からの信号を受けて、第１の位相差板４６の光学軸の方向を回転させる。
【００６１】
ホモジナイザー光学系２４は、第１の位相差板４６と偏光分離素子５０との間の青色光ＬＢ３，ＬＢ４および赤色光ＬＲ２の光路上に設けられている。ホモジナイザー光学系２４は、青色光ＬＢ３，ＬＢ４および赤色光ＬＲ２の光強度分布を、蛍光体層３４上もしくは拡散板３０１上において、例えばトップハット型分布と呼ばれる均一な光強度分布に変換する。ホモジナイザー光学系２４は、例えばマルチレンズアレイ２４ａ，マルチレンズアレイ２４ｂから構成されている。
【００６２】
ホモジナイザー光学系２４から射出された青色光ＬＢ３，ＬＢ４および赤色光ＬＲ２は、偏光分離素子５０に入射する。偏光分離素子５０は、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２の双方に対して４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子５０は、青色光ＬＢ３，ＬＢ４および赤色光ＬＲ２に対して、Ｓ偏光とＰ偏光とを分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子５０は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる特性を有しているため、赤色光ＬＲ２と青色光ＬＢ３とを透過させ、青色光ＬＢ４を反射させる。
【００６３】
また、偏光分離素子５０は、青色光ＬＢ３，ＬＢ４および赤色光ＬＲ２とは波長帯が異なる緑色光ＬＧ５を、偏光状態に依らずに透過させる色分離機能を有している。
【００６４】
図５は、本実施形態の偏光分離素子５０の分光特性の一例を示すグラフである。図５において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は透過率（％）である。符号ＧＰのグラフはＰ偏光の特性を示し、符号ＧＳのグラフはＳ偏光の特性を示す。
青色域波長として例えば４５０〜４６０ｎｍ、緑色域波長として例えば５００〜６００ｎｍ、赤色域波長として例えば６３５〜６４５ｎｍの領域に着目する。
図５に示すように、Ｐ偏光については、波長４５０〜４６０ｎｍの領域で透過率が９８％以上を示し、波長５００〜６００ｎｍの領域で透過率が９８％以上を示し、波長６３５〜６４５ｎｍの領域で透過率が９８％以上を示す。Ｓ偏光については、波長４５０〜４６０ｎｍの領域で透過率が２％未満を示し、波長５００〜６００ｎｍの領域で透過率が９８％以上を示し、波長６３５〜６４５ｎｍの領域で透過率が２％未満を示す。このように、偏光分離素子５０は、青色光と赤色光についてはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させるとともに、緑色光については偏光状態に係わらず、透過させる。
【００６５】
したがって、図２に示すように、偏光分離素子５０は、第１の位相差板４６から射出された赤色光ＬＲ２および青色光ＬＢ３，ＬＢ４のうち、赤色光ＬＲ２と青色光ＬＢ３とから青色光ＬＢ４を分離し、青色光ＬＢ４を波長変換素子２７に導き、赤色光ＬＲ２と青色光ＬＢ３とを拡散装置３０に導くとともに、波長変換素子２７から射出された緑色光ＬＧ５と、拡散装置３０から射出された赤色光ＬＲ６および青色光ＬＢ７と、を合成して白色の照明光ＷＬを生成する。
【００６６】
偏光分離素子５０で反射した青色光ＬＢ４は、第１のピックアップ光学系２６に入射する。第１のピックアップ光学系２６は、青色光ＬＢ４を波長変換素子２７の蛍光体層３４に向けて集光させる。第１のピックアップ光学系２６は、ピックアップレンズ２６ａとピックアップレンズ２６ｂとから構成されている。
【００６７】
第１のピックアップ光学系２６から射出された青色光ＬＢ４は、波長変換素子２７に入射する。波長変換素子２７は、青色光ＬＢ４によって励起される蛍光体を含む蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、を備えている。青色光ＬＢ４が蛍光体層３４に入射することによって、蛍光体層３４に含まれる蛍光体が励起され、青色光ＬＢ４とも赤色光ＬＲ２とも波長域が異なる緑色光ＬＧ５（第３波長域の第５の光）が生成される。緑色光ＬＧ５の波長域は、例えば５００〜５９０ｎｍである。すなわち、蛍光体は、緑色光ＬＧ５を発光する蛍光体で構成されている。
【００６８】
波長変換素子２７において、蛍光体層３４は、青色光ＬＢ４が入射する側とは反対側の面が基板３５に接触した状態で、蛍光体層３４の側面と基板３５との間に設けられた接着剤３６によって基板３５に固定されている。基板３５の蛍光体層３４が設けられた側と反対側の面には、蛍光体層３４の熱を放散させるためのヒートシンク３８が設けられている。本実施形態の波長変換素子２７は、固定型の波長変換素子である。
【００６９】
蛍光体層３４から射出された緑色光ＬＧ５は、偏光方向が揃っていない非偏光である。そのため、緑色光ＬＧ５は、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、非偏光の状態のままで偏光分離素子５０に入射する。緑色光ＬＧ５は、偏光分離素子５０を透過し、インテグレーター光学系３１に向けて進む。
【００７０】
一方、偏光分離素子５０を透過した青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２は、第２の位相差板２８に入射する。第２の位相差板２８は、偏光分離素子５０と拡散装置３０との間の赤色光ＬＲ２および青色光ＬＢ３の光路上に設けられている。第２の位相差板２８は、青色域と赤色域との双方の光に対して位相差を付与可能な広帯域位相差板で構成されている。具体的には、第２の位相差板２８は、青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２の双方に対して１／４波長の位相差を付与する１／４波長板で構成されている。これにより、偏光分離素子５０から射出されたＰ偏光の青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２は、例えば右回りの円偏光の青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２に変換された後、第２のピックアップ光学系２９に入射する。
【００７１】
第２のピックアップ光学系２９は、青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２を拡散装置３０の拡散板３０１に向けて集光させる。第２のピックアップ光学系２９は、ピックアップレンズ２９ａとピックアップレンズ２９ｂとから構成されている。
【００７２】
拡散装置３０は、拡散板３０１（拡散素子）と、反射層３０３（反射部）と、拡散板３０１を回転させるモーター３０２と、を備えている。反射層３０３は、拡散板３０１の青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２が入射する側の第１面３０１ａと反対側の第２面３０１ｂに設けられている。反射層３０３は、例えば銀、アルミニウム等の反射率が高い金属層で構成されている。反射層３０３は、拡散板３０１の第１面３０１ａから入射した青色光ＬＢ３と赤色光ＬＲ２とを反射させ、後述する赤色光ＬＲ６（第６の光）と青色光ＬＢ７（第７の光）とを第１面３０１ａから射出させる。すなわち、拡散装置３０は、反射型の拡散板３０１を備えている。
【００７３】
拡散板３０１は、第２のピックアップ光学系２９から射出された赤色光ＬＲ２と青色光ＬＢ３とを拡散させ、赤色光ＬＲ２が拡散された赤色拡散光ＬＲ６（第６の光）と、青色光ＬＢ３が拡散された青色拡散光ＬＢ７（第７の光）と、を生成する。以下、赤色拡散光ＬＲ６、青色拡散光ＬＢ７を、それぞれ単に赤色光ＬＲ６、青色光ＬＢ７と称する。右回りの円偏光の青色光ＬＢ３および赤色光ＬＲ２は、反射層３０３で反射することによって、それぞれ、左回りの円偏光の赤色光ＬＲ６および青色光ＬＢ７に変換される。拡散板３０１は、赤色光ＬＲ２と青色光ＬＢ３とをランバート反射させることが好ましい。この種の拡散板３０１が用いられることによって、赤色光ＬＲ２と青色光ＬＢ３とを拡散反射させつつ、均一な照度分布を有する赤色光ＬＲ６および青色光ＬＢ７を得ることができる。また、拡散板３０１をモーター３０２によって回転させることにより、スペックルを十分に抑制することができる。
【００７４】
拡散装置３０から射出された赤色光ＬＲ６と青色光ＬＢ７とは、第２のピックアップ光学系２９を経て、再び第２の位相差板２８に入射することによって、左回りの円偏光の赤色光ＬＲ６および左回りの円偏光の青色光ＬＢ７から、それぞれＳ偏光の赤色光ＬＲ６およびＳ偏光の青色光ＬＢ７に変換される。Ｓ偏光の赤色光ＬＲ６およびＳ偏光の青色光ＬＢ７は、偏光分離素子５０に入射する。Ｓ偏光の赤色光ＬＲ６およびＳ偏光の青色光ＬＢ７は、偏光分離素子５０で反射し、インテグレーター光学系３１に向けて進む。
【００７５】
このようにして、青色光ＬＢ７および赤色光ＬＲ６と緑色光ＬＧ５とは、偏光分離素子５０から互いに同じ方向に向けて射出される。その結果、青色光ＬＢ７および赤色光ＬＲ６は、偏光分離素子５０を透過した緑色光ＬＧ５とともに照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＬＢ７と赤色光ＬＲ６と緑色光ＬＧ５とが合成され、白色の照明光ＷＬが得られる。言い換えると、偏光分離素子５０は、青色光ＬＢ７と赤色光ＬＲ６と緑色光ＬＧ５とを合成する色合成素子の機能も兼ねている。
【００７６】
偏光分離素子５０から射出された照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に入射する。インテグレーター光学系３１は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと第２レンズアレイ３１ｂとから構成されている。第１レンズアレイ３１ａ、第２レンズアレイ３１ｂの各々は、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列された構成を有している。
【００７７】
インテグレーター光学系３１から射出された照明光ＷＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を一つに揃える。偏光変換素子３２は、図示しない偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。偏光変換素子３２は、一方の直線偏光成分を他方の直線偏光成分に、例えばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。
【００７８】
インテグレーター光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に、光量モニター用ミラー４２が設けられている。光量モニター用ミラー４２は、光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置されている。光量モニター用ミラー４２は、入射した光の一部を透過し、残りを反射する。光量モニター用ミラー４２を透過した光は偏光変換素子３２に入射し、光量モニター用ミラー４２で反射した光は光量検出部４３に入射する。光量検出部４３の詳細な構成については後述する。
【００７９】
光量モニター用ミラー４２は、光源部７０から射出された青色光ＬＢ１および赤色光ＬＲ２の２次光源像が形成される位置に配置されている。ここでは、光量モニター用ミラー４２がインテグレーター光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上に配置された例を示した。この例に代えて、光量モニター用ミラー４２は、偏光変換素子３２と重畳レンズ３３ａとの間の光路上に配置されていてもよい。
【００８０】
偏光変換素子３２を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、偏光変換素子３２から射出された複数の小光束を、赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ上でそれぞれ重畳させる。これにより、照明光ＷＬは、赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂを均一に照明することができる。重畳光学系３３は、第１レンズアレイ３１ａ，第２レンズアレイ３１ｂからなるインテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとによって構成されている。
【００８１】
本実施形態の場合、光量モニター用ミラー４２は、インテグレーター光学系３１と偏光変換素子３２との間の光路上の２次光源像の形成位置に配置されている。そのため、光路中に光量モニター用ミラー４２を配置して光の一部を取り出したとしても、被照明領域である赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂ上において照度ムラが生じることはない。したがって、２次光源像１個分の照度低下を許容できるならば、光量モニター用ミラー４２は、必ずしも一部の光を透過し、残りを反射するミラーでなくてもよく、全ての光を反射するミラーであってもよい。
【００８２】
光量検出部４３は、図示しない２つのダイクロイックミラーと、３個のセンサーと、を備えている。光量検出部４３に入射した照明光ＷＬ１は、２つのダイクロイックミラーによって青色光成分と緑色光成分と赤色光成分とに分離される。２つのダイクロイックミラーによって分離された青色光成分、緑色光成分、および赤色光成分の各光路上に青色光用センサー、緑色光用センサー、赤色光用センサーがそれぞれ設けられている。青色光用センサーは、青色光成分の強度を検出する。緑色光用センサーは、緑色光成分の強度を検出する。赤色光用センサーは、赤色光成分の強度を検出する。このようにして、光量検出部４３は、照明光ＷＬ１に含まれる青色光ＬＢ７の光量、赤色光ＬＲ６の光量、および緑色光ＬＧ５の光量をそれぞれ検出する。
【００８３】
制御部４４は、第１の位相差板４６を回転させるモーター４７と、光源部７０を構成する青色半導体レーザー７１１Ｂおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒと、を制御する。例えば、制御部４４は、定常状態において、第１の位相差板４６の回転角と、青色半導体レーザー７１１Ｂおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒの各々に供給する駆動電流と、を制御する。
【００８４】
さらに、制御部４４には、所望のホワイトバランスを得るための基準値として、青色光ＬＢ７の光量、赤色光ＬＲ６の光量、および緑色光ＬＧ５の光量の比が予め記憶されている。制御部４４は、光量検出部４３が検出した上記の光量比の検出結果が基準値から外れている場合、光量検出部４３の検出結果に基づいて、第１の位相差板４６の回転角と、赤色半導体レーザー７１１Ｒが射出する赤色光ＬＲ２の光量との少なくとも一方を調整する。
【００８５】
具体的には、制御部４４は、青色光ＬＢ７の光量と緑色光ＬＧ５の光量との比が基準値に近付くように、第１の位相差板４６を回転させて第１の位相差板４６の光学軸の方向を変化させる。第１の位相差板４６の光学軸の方向を変化させることにより、拡散装置３０に入射させる青色光ＬＢ３の光量と波長変換素子２７に入射させる青色光ＬＢ４の光量との比を変化させることができ、その結果、青色光ＬＢ７の光量と緑色光ＬＧ５の光量との比を調整することができる。また、制御部４４は、青色光ＬＢ７の光量および緑色光ＬＧ５の光量に対する赤色光ＬＲ６の光量の比が基準値に近付くように、赤色半導体レーザー７１１Ｒに供給する駆動電流を変化させる。これにより、青色光ＬＢ７の光量と緑色光ＬＧ５の光量と赤色光ＬＲ６の光量との比を調整することができる。
【００８６】
なお、青色光ＬＢ７の光量、赤色光ＬＲ６の光量、および緑色光ＬＧ５の光量の比の基準値は、光量検出部４３によって測定されたプロジェクター１の使用開始時点の初期の光量比に基づいて決定された値であってもよい。もしくは、青色光ＬＢ７の光量、赤色光ＬＲ６の光量、および緑色光ＬＧ５の光量の比の基準値として、プロジェクター１の設計値が用いられてもよい。
【００８７】
ここで、プロジェクター使用時の経時変化によって、例えば青色半導体レーザー７１１Ｂから射出される光の量が低下した場合を想定する。この場合に生じるホワイトバランスのずれに対する本実施形態の対応策を説明する。
【００８８】
まず、本実施形態の基本的なホワイトバランスについて説明する。
一般に、半導体レーザーの発光効率は発光色毎に異なるため、半導体レーザーの光出力も発光色毎に異なる。例えば、青色半導体レーザーの発光効率は、緑色半導体レーザーの発光効率および赤色半導体レーザーの発光効率よりも高い。そのため、青色半導体レーザーの光出力は、緑色半導体レーザーの光出力および赤色半導体レーザーの光出力よりも高い。
【００８９】
現在市販されている各色の半導体レーザーの光出力の実力は、下記の表１の通りである。ただし、表１に示した値は、特定の製品の一例である。
【００９０】
【表１】
2019061082.tif 000003
【００９１】
表１の例では、１個の青色半導体レーザー（中心波長：４５５ｎｍ）の光出力は４．５Ｗであり、１個の緑色半導体レーザー（中心波長：５２０ｎｍ）の光出力は０．７Ｗであり、１個の赤色半導体レーザー（中心波長：６４０ｎｍ）の光出力は１．６Ｗである。
【００９２】
また、明るさが１０００ｌｍ、２０００ｌｍ、３０００ｌｍのそれぞれの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの光出力、およびこの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの個数は、下記の表２の通りである。
【００９３】
【表２】
2019061082.tif 000004
【００９４】
表２に示すように、特定の明るさの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの光出力と、表１に示す１個あたりの半導体レーザーの光出力と、から算出すると、例えば明るさが１０００ｌｍの白色光を得るのに必要な半導体レーザーの個数は、青色光用半導体レーザーが１個、緑色光用半導体レーザーが３個、赤色光用半導体レーザーが３個となる。このように、特定の明るさの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの個数は、発光色毎に異なる。
【００９５】
ここで、本実施形態の光源装置２で得られる色光毎の光量を計算する。
光源装置２は、青色光ＬＢ１を射出する３個の青色半導体レーザー７１１Ｂと、赤色光ＬＲ２を射出する４個の赤色半導体レーザー７１１Ｒと、緑色光ＬＧ５を射出する波長変換素子２７と、を備えている。また、第１の位相差板４６の回転角の調整により、拡散装置３０に入射させる青色光ＬＢ３の光量ＫＢ３と波長変換素子２７に入射させる青色光ＬＢ４の光量ＫＢ４との比を、ＫＢ３：ＫＢ４＝２：８に設定するものとする。また、蛍光体層の変換効率を５０％とする。
【００９６】
この場合、表１の値に基づいて、照明光ＷＬを構成する青色光ＬＢ７、緑色光ＬＧ５、および赤色光ＬＲ６の各光量を計算すると、以下のようになる。
青色光ＬＢ１の全光量ＫＢ１は、ＫＢ１＝４．５（Ｗ）×３（個）＝１３．５（Ｗ）となり、全光量ＫＢ１のうちの２０％が拡散装置３０に向かう青色光ＬＢ３に振り分けられ、８０％が波長変換素子２７に向かう青色光ＬＢ４に振り分けられる。したがって、青色光ＬＢ３の光量ＫＢ３は、ＫＢ３＝１３．５（Ｗ）×０．２＝２．７（Ｗ）となる。拡散装置３０や途中の光学系での損失を無視すると、拡散装置３０から射出される青色光ＬＢ７の光量は、青色光ＬＢ３の光量と等しくなり、２．７（Ｗ）となる。
【００９７】
一方、青色光ＬＢ４の光量ＫＢ４は、ＫＢ４＝１３．５（Ｗ）×０．８＝１０．８（Ｗ）となる。波長変換素子２７においては、青色光ＬＢ４の５０％が緑色光ＬＧ５に変換されるため、緑色光ＬＧ５の光量ＫＧ５は、ＫＧ５＝１０．８（Ｗ）×０．５＝５．４（Ｗ）となる。
【００９８】
また、赤色光ＬＲ２の光量ＫＲ２は、ＫＲ２＝１．６（Ｗ）×４（個）＝６．４（Ｗ）となる。拡散装置３０や途中の光学系での損失を無視すると、拡散装置３０から射出される赤色光ＬＲ６の光量は、赤色光ＬＲ２の光量と等しくなり、６．４（Ｗ）となる。
【００９９】
明るさが２１９０ｌｍの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの光出力は、以下の表３の通りである。
【０１００】
【表３】
2019061082.tif 000005
【０１０１】
表３によれば、明るさが２１９０ｌｍの白色光を得るのに必要な各半導体レーザーの光出力は、青色光用半導体レーザーが２．７Ｗであり、緑色光用半導体レーザーが４．４５Ｗであり、赤色光用半導体レーザーが６．４Ｗである。したがって、上記の計算結果が表３の値に略一致することから、本実施形態の光源装置２においては、光量ＫＢ３と光量ＫＢ４との比がＫＢ３：ＫＢ４＝２：８となるように、第１の位相差板４６の回転角を調整し、赤色半導体レーザー７１１Ｒに駆動電流を供給することによって、明るさが２１９０ｌｍまでのホワイトバランスに優れた白色光を得ることができる。
【０１０２】
ところで、本実施形態の光源装置２において、仮に青色半導体レーザー７１１Ｂの光出力が低下したとすると、それに伴って蛍光体層３４を励起させる青色光ＬＢ４の光量が低下する。青色光ＬＢ４の光量が低下することは、励起光の光密度（単位面積あたりの光量）が低下することと等価である。蛍光体は、一般的に、励起光の光密度が低下すると、励起光を蛍光に変換する際の変換効率が上昇する、という特性を有している。したがって、励起光の光量が低下したとしても、変換効率の上昇による蛍光の増加分が励起光の光量低下による蛍光の減少分を上回ったとき、蛍光体層３４から射出される緑色光ＬＧ５の光量は増加する。ここでは、緑色光ＬＧ５の光量が増加する場合を例にとって説明するが、緑色光ＬＧ５の光量は減少する場合もある。しかし、いずれの場合もホワイトバランスが崩れる。
【０１０３】
ここで、青色半導体レーザー７１１Ｂの光出力の低下に伴って、青色光ＬＢ３の光量、および青色光ＬＢ４の光量は、ともに低下している。しかしながら、蛍光体の変換効率が上昇しているため、青色光ＬＢ３に対する緑色光ＬＧ５の光量は相対的に増加する。その結果、青色光ＬＢ７と緑色光ＬＧ５との比率が変化し、青色光ＬＢ７と緑色光ＬＧ５とを含む照明光ＷＬのホワイトバランスが経時変化前に対して崩れる。具体的には、青色光ＬＢ７の光量に対する緑色光ＬＧ５の光量が相対的に増加するため、照明光ＷＬは緑色味を帯びた白色光に変化する。
【０１０４】
ここで、光量モニター用ミラー４２から取り出された照明光ＷＬ１に含まれる各色光ＬＢ７，ＬＧ５，ＬＲ６の光量が、光量検出部４３によって測定される。また上述したように、制御部４４には、プロジェクター１の使用開始時点の初期の光量に基づいて決定された、光量比の基準値が予め記憶されている。そこで、制御部４４は、光量検出部４３が検出した現在の光量比の実測値と記憶済みの基準値とを比較する。その結果、現在の光量比と基準値の光量比との差が許容範囲を超えている場合、現在の光量比が基準値に近付くように、第１の位相差板４６を回転させる。
【０１０５】
第１の位相差板４６を所定の角度だけ回転させることにより、第１の位相差板４６で生成される青色光ＬＢ３の光量と青色光ＬＢ４の光量との比を調整できる。具体的に、青色光ＬＢ７の光量を増やし、緑色光ＬＧ５の光量を減らすためには、青色光ＬＢ３の光量を相対的に増やし、青色光ＬＢ４の光量を相対的に減らせばよい。また、第１の位相差板４６を所定の角度だけ回転させることにより、青色光ＬＢ３の光量、青色光ＬＢ４の光量のそれぞれが変化するため、その変化量に応じて、青色光ＬＢ７と緑色光ＬＧ５と赤色光ＬＲ６の光量比が基準値の光量比に近付くように、赤色半導体レーザー７１１Ｒに供給する電流を調整すればよい。これにより、ホワイトバランスが崩れたときと比べて、照明光ＷＬはより白色に近い光となり、ホワイトバランスを改善することができる。また、青色光ＬＢ７と緑色光ＬＧ５と赤色光ＬＲ６の全ての色に起因する色ムラを低減することができる。
【０１０６】
特許文献１の波長変換素子では、青色光を黄色光に変換する蛍光体が用いられていたため、多くの励起光を蛍光体に照射することによる不具合が生じていた。特許文献２の波長変換素子においても、青色光に加えて、励起光としては寄与しない赤色光が蛍光体に照射されるため、蛍光体に対する光の照射量が多く、特許文献１と同様の不具合が生じていた。
【０１０７】
これに対して、本実施形態の光源装置２においては、青色光ＬＢ４を励起光として緑色光ＬＧ５を生成する蛍光体層３４が用いられているため、特許文献１，２の光源装置に比べて励起光の量を減らすことができる。そのため、蛍光体の変換効率が低下する、温度消光が生じる、色温度の調整が難しい、蛍光体が損傷しやすい、等の問題を改善しつつ、ホワイトバランスの調整が可能な光源装置２を実現することができる。
【０１０８】
本実施形態の光源装置２において、光源部７０を構成する複数の青色半導体レーザー７１１Ｂと複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒとは光源部７０の中心軸ＣＢを中心として回転対称に配置されているため、青色光ＬＢ３が拡散板３０１に入射する際の入射角と、赤色光ＬＲ２が拡散板３０１に入射する際の入射角と、を略等しくすることができる。これにより、拡散板３０１から射出される青色光ＬＢ７の角度分布と赤色光ＬＲ６の角度分布も略等しくできるため、色ムラを抑制することができる。さらに、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂと複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒとが最密充填に配置されているため、光源装置２の小型化を図ることができる。
【０１０９】
本実施形態の光源装置２においては、第１の位相差板４６が青色光ＬＢ１に対して選択的に位相差を付与する狭帯域位相差板で構成されているため、第１の位相差板４６の形状を各光の光路に合わせて加工したり、青色光ＬＢ１の光路上のみに第１の位相差板４６を配置したりする必要がなく、第１の位相差板４６の構成を簡素化することができる。
【０１１０】
本実施形態の光源装置２は、拡散装置３０が反射層３０３を備え、青色波長域と赤色波長域との双方の光に対して位相差を付与可能な第２の位相差板２８を備えているため、反射型の拡散板３０１を用いることができる。これにより、光源装置２の光学系の構成を簡素にすることができる。
【０１１１】
本実施形態の構成に代えて、青色半導体レーザーと緑色半導体レーザーとを含む光源部と、青色光を励起光として赤色光を発光する蛍光体層を含む波長変換素子と、を備えた変形例の光源装置が用いられてもよい。ただし、現在の技術では、緑色光を発光する蛍光体は、赤色光を発光する蛍光体に比べて変換効率が高い。また、赤色半導体レーザーは、緑色半導体レーザーに比べて発光効率が高い。そのため、本実施形態の光源装置２によれば、上記の変形例の光源装置に比べて高い効率が得られる。
【０１１２】
本実施形態のプロジェクター１は、上記構成の光源装置２を備えているため、表示品質に優れたプロジェクターを実現することができる。
【０１１３】
本実施形態で用いた第１の位相差板４６に代えて、以下に示す第１の位相差板４９を用いてもよい。
図６は、変形例の第１の位相差板４９を示す光源部７０の正面図である。なお、光源部７０の構成は、第１実施形態と同じである。
図６に示すように、第１の位相差板４９は、環状部４９ｃと、環状部４９ｃから外側に張り出した３つの張出部４９ｈと、を備えている。環状部４９ｃは、青色光ＬＢ１の光路と赤色光ＬＲ２の光路とを避けた位置に配置されている。３つの張出部４９ｈの各々は、３個の青色半導体レーザー７１１Ｂから射出される青色光ＬＢ１の光路上に配置されている。すなわち、第１の位相差板４９は、青色光ＬＢ１の光路上に配置され、赤色光ＬＲ２の光路上には配置されていない形状を有している。第１の位相差板４９は、例えば第１実施形態の第１の位相差板４６の赤色光ＬＲ２の光路に相当する領域を切り抜くことにより作製できる。
【０１１４】
本変形例の第１の位相差板４９によれば、赤色光ＬＲ２が第１の位相差板４９を透過しないため、第１実施形態のような狭帯域位相差板を用いる必要がなく、波長依存性を持たない一般的な位相差板を用いることができる。したがって、第１の位相差板４９では、樹脂製の位相差板のみならず、例えば水晶製の位相差板を用いることもでき、第１の位相差板４９の耐熱性を確保することができる。
【０１１５】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図７は、第２実施形態の光源装置１２の概略構成図である。
図７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。
【０１１６】
図７に示すように、本実施形態の光源装置１２が備える各構成要素は第１実施形態の光源装置２と同一であり、本実施形態の光源装置１２では、第２の位相差板２８と拡散装置３０との間の構成要素の位置と、第１のピックアップ光学系２６と波長変換素子２７との間の構成要素の位置と、が第１実施形態の光源装置２から入れ替わっている。
【０１１７】
すなわち、本実施形態の光源装置１２では、光源部７２と、第１の位相差板４６と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、第１のピックアップ光学系２６と、波長変換素子２７とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。一方、拡散装置３０と、第２のピックアップ光学系２９と、第２の位相差板２８と、偏光分離素子５０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とは、光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。
【０１１８】
第１実施形態の光源部７０は、Ｐ偏光としての赤色光ＬＲ２を射出する赤色半導体レーザーを備えていた。これに対して、本実施形態の光源部７２は、Ｓ偏光としての赤色光ＬＲ２ｓ（第２波長域の第１偏光方向の第２の光）を射出する赤色半導体レーザーを備えている。すなわち、本実施形態の赤色半導体レーザーにおいて、図４に示した赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒの発光領域７１５Ｒａの長手方向Ｗ１は、紙面と平行な面内において図４に示した向きから９０°回転しており、Ｙ軸と平行になる向きに配置されている。赤色半導体レーザーチップ７１５Ｒは、発光領域７１５Ｒａの短手方向Ｗ２が偏光方向となる直線偏光を射出するため、赤色半導体レーザー７１１Ｒは、Ｚ方向を偏光方向とするＳ偏光を射出する。これにより、赤色半導体レーザー７１１Ｒから射出された赤色光ＬＲ２ｓは、偏光分離素子５０で反射して拡散装置３０に向かって進む。
【０１１９】
青色半導体レーザー７１１Ｂについては、第１実施形態と同様、青色半導体レーザー７１１Ｂから射出される青色光ＬＢ１（第１波長域の第１の光）の偏光方向は不定でよく、第１の位相差板４６を透過した後にＳ偏光の青色光ＬＢ３ｓ（第１偏光方向の第３の光）とＰ偏光の青色光ＬＢ４ｐ（第２偏光方向の第４の光）とが所定の割合で混在していればよい。したがって、青色半導体レーザー７１１Ｂにおいては、赤色半導体レーザー７１１Ｒと異なり、本実施形態の場合も、図４に示した青色半導体レーザーチップ７１５Ｂの発光領域７１５Ｂａの向きと同じでよい。これにより、Ｓ偏光の青色光ＬＢ３ｓは、偏光分離素子５０で反射して拡散装置３０に向かって進む。Ｐ偏光の青色光ＬＢ４ｐは、偏光分離素子５０を透過して波長変換素子２７に向かって進む。
【０１２０】
例えば右回りの円偏光の青色光ＬＢ３ｓおよび赤色光ＬＲ２ｓは、反射層３０３で反射することによって、それぞれ、左回りの円偏光の赤色光ＬＲ６および青色光ＬＢ７に変換される。拡散装置３０から射出された赤色光ＬＲ６と青色光ＬＢ７とは、第２のピックアップ光学系２９を経て、再び第２の位相差板２８に入射することによって、左回りの円偏光の赤色光ＬＲ６および左回りの円偏光の青色光ＬＢ７から、それぞれＰ偏光の赤色光ＬＲ６およびＰ偏光の青色光ＬＢ７に変換される。Ｐ偏光の赤色光ＬＲ６およびＰ偏光の青色光ＬＢ７は、偏光分離素子５０を透過し、インテグレーター光学系３１に向けて進む。
【０１２１】
偏光分離素子５０は、偏光状態に係わらず、緑色光を反射させる。したがって、緑色光ＬＧ５は、第１のピックアップ光学系２６を通過した後、非偏光の状態のままで偏光分離素子５０に入射し、偏光分離素子５０で反射し、インテグレーター光学系３１に向けて進む。
光源装置１２のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１２２】
本実施形態においても、蛍光体に照射する励起光が増えることに伴う問題点を改善しつつ、ホワイトバランスの調整が可能な光源装置１２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。
【０１２３】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図８は、第３実施形態の光源装置１４の概略構成図である。
図８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。
【０１２４】
図８に示すように、光源装置１４は、光源部１５と、第１の位相差板１６（第１の位相差素子）と、モーター４７（駆動部）と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０と、第１のピックアップ光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差板２８（第２の位相差素子）と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散装置３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、光量モニター用ミラー４２と、光量検出部４３と、制御部４４と、を備えている。
【０１２５】
光源部１５は、青色光源部１５Ｂ（第１光源部）と、赤色光源部１５Ｒ（第２光源部）と、ダイクロイックミラー１７と、を備えている。青色光源部１５Ｂは、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂ（第１の発光装置）を備えている。赤色光源部１５Ｒは、複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒ（第２の発光装置）を備えている。赤色光源部１５Ｒは、各赤色半導体レーザー７１１Ｒから射出される各赤色光ＬＲ２の主光線が光軸ａｘ１と直交するように配置されている。
【０１２６】
青色光源部１５Ｂにおいて、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂは、図３に示すような最密充填に配置されている。同様に、赤色光源部１５Ｒにおいて、複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒは、図３に示すような最密充填に配置されている。各赤色半導体レーザー７１１Ｒは、Ｐ偏光としての赤色光ＬＲ２を射出する。青色半導体レーザー７１１Ｂから射出される青色光ＬＢ１の偏光方向は不定でよい。青色半導体レーザー７１１Ｂおよび赤色半導体レーザー７１１Ｒの個数は、特に限定されることなく、適宜設定される。
【０１２７】
ダイクロイックミラー１７は、青色光源部１５Ｂから射出された複数の青色光ＬＢ１と、赤色光源部１５Ｒから射出された複数の赤色光ＬＲ２と、を合成する。ダイクロイックミラー１７は、青色光ＬＢ１を透過させ、赤色光ＬＲ２を反射させる。これにより、青色光ＬＢ１と赤色光ＬＲ２とは合成され、ホモジナイザー光学系２４に向かって進む。
【０１２８】
第１の位相差板１６は、青色光源部１５Ｂとダイクロイックミラー１７との間の青色光ＬＢ１の光路上に配置されている。第１の位相差板１６は、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂから射出される複数の青色光ＬＢ１の光路上にわたって配置されている。青色光ＬＢ１は、第１の位相差板１６によってＰ偏光の青色光ＬＢ３（第１偏光方向の第３の光）とＳ偏光の青色光ＬＢ４（第２偏光方向の第４の光）とを含む光に変換され、第１の位相差板１６から射出される。
光源装置のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１２９】
本実施形態においても、蛍光体に照射する励起光が増えることに伴う問題点を改善しつつ、ホワイトバランスの調整が可能な光源装置１４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。
【０１３０】
また、本実施形態の光源装置１４においては、複数の青色半導体レーザー７１１Ｂを含む青色光源部１５Ｂと複数の赤色半導体レーザー７１１Ｒを含む赤色光源部１５Ｒとが離れた位置に配置されており、各半導体レーザー７１１Ｂ，７１１Ｒの配置の自由度を高めることができる。さらに、この構成によれば、第１の位相差板１６が青色光ＬＢ１のみに対応する光路上に配置されているため、第１の位相差板１６に赤色光ＬＲ２が入射することがなく、第１の位相差板１６として、波長依存性を持たない一般的な位相差板を用いることができる。また、第１の位相差板１６には、樹脂製の位相差板のみならず、例えば水晶製の位相差板を用いることができ、第１の位相差板１６の耐熱性を高められる。
【０１３１】
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。
上記実施形態では、光源装置が反射型の波長変換素子を備えた例を挙げたが、透過型の波長変換素子を備えていてもよい。また、光源装置が反射型の拡散板を備えた例を挙げたが、透過型の拡散板を備えていてもよい。
【０１３２】
また、上記実施形態では、複数の半導体レーザーが円形に配置された光源部を備えているが、例えば複数の半導体レーザーがアレイ状に配置された光源部を備えていてもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態で例示した光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の数、配置、形状、材料、寸法等については、適宜変更が可能である。
【０１３４】
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、一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適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
【０１３５】
また、上記実施形態では、本発明による光源装置あるいは照明装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置あるいは照明装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１…プロジェクター、２，１２，１４…光源装置、４Ｂ…青色光用光変調装置、４Ｇ…緑色光用光変調装置、４Ｒ…赤色光用光変調装置、６…投射光学系、１５，７０，７２…光源部、１５Ｂ…青色光源部（第１光源部）、１５Ｒ…赤色光源部（第２光源部）、１６，４６…第１の位相差板（第１の位相差素子）、１７…ダイクロイックミラー、２７…波長変換素子、２８…第２の位相差板（第２の位相差素子）、４３…光量検出部、４４…制御部、４７…モーター（駆動部）、５０…偏光分離素子、３０１…拡散板（拡散素子）、３０３…反射層（反射部）、７１２…支持部材、ＬＢ１…青色光（第１の光）、ＬＢ３，ＬＢ３ｓ…青色光（第３の光）、ＬＢ４，ＬＢ４ｐ…青色光（第４の光）、ＬＢ７…青色光（第７の光）、ＬＧ５…緑色光（第５の光）、ＬＲ２，ＬＲ２ｓ…赤色光（第２の光）、ＬＲ６…赤色光（第６の光）、ＷＬ，ＷＬ１…照明光。
【図１】
2019061082.tif 000006
【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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