(57)【要約】【課題】光の利用効率を低下させることなく、光源装置を小型にすることができる光源装置を提供する。【解決手段】本開示における光源装置は、第１の方向に光が出射するように配列された複数のレーザ光源からなる第１の光源ユニットと、第１の光源ユニットから出射される光の出射側に配置された第１の集光レンズと、第１の光源ユニットから出射される光の方向とは直交する第２の方向に光が出射するように配列された複数のレーザ光源からなる第２の光源ユニットと、第２の光源ユニットから出射される光の出射側に配置された第２の集光レンズと、光反射部と、スリット状の光透過部とを有する光合成部材と、を備え、光合成部材は、第１の集光レンズから収束しつつ出射される光が光透過部を透過し、第２の集光レンズから収束しつつ出射される光が、光透過部を透過する光の出射方向と同方向に光反射部で反射するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に光が出射するように配列された複数のレーザ光源からなる第１の光源ユニットと、
前記第１の光源ユニットから出射される光の出射側に配置された第１の集光レンズと、
前記第１の光源ユニットから出射される光の方向とは直交する第２の方向に光が出射するように配列された複数のレーザ光源からなる第２の光源ユニットと、
前記第２の光源ユニットから出射される光の出射側に配置された第２の集光レンズと、
光反射部と、スリット状の光透過部とを有する光合成部材と、を備え、
前記光合成部材は、前記第１の集光レンズから収束しつつ出射される光が前記光透過部を透過し、前記第２の集光レンズから収束しつつ出射される光が、前記光透過部を透過する光の出射方向と同方向に前記光反射部で反射するように配置されている、光源装置。
【請求項２】
前記光合成部材は、前記第１の光源ユニットと、前記第２の光源ユニットの双方に対して傾斜配置されている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光合成部材の光透過部のスリット幅を、前記光合成部材を配置している前記第１の集光レンズ、あるいは前記第２の集光レンズから近い位置から遠い位置に向かって、それぞれａ１、ａ２、ａ３、ａ４、・・・ａＮとすると、光透過部のスリット幅の大きさはａ１＞ａ２＞ａ３＞ａ４＞ａ・・・ａＮとなっている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置を備えた、投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ光源を使用した光源装置、およびそれを使用した投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、蛍光体を励起するための励起光を射出する複数のレーザ素子を含む第１の光源部と、第１の光源部とは異なる位置から励起光を射出する第２の光源部とを、合成する光合成部を有した、プロジェクタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１４９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、複数のレーザ光源を束ねた光源部を複数用いた場合に、光の利用効率を低下させることなく、光源部の大型化を抑制する光源装置及び投写型映像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における光源装置は、第１の方向に光が出射するように配列された複数のレーザ光源からなる第１の光源ユニットと、第１の光源ユニットから出射される光の出射側に配置された第１の集光レンズと、第１の光源ユニットから出射される光の方向とは直交する第２の方向に光が出射するように配列された複数のレーザ光源からなる第２の光源ユニットと、第２の光源ユニットから出射される光の出射側に配置された第２の集光レンズと、光反射部と、スリット状の光透過部とを有する光合成部材と、を備え、光合成部材は、第１の集光レンズから収束しつつ出射される光が光透過部を透過し、第２の集光レンズから収束しつつ出射される光が、光透過部を透過する光の出射方向と同方向に光反射部で反射するように配置されている。
【発明の効果】
【０００６】
本開示における光源装置は、複数のレーザ光源を用いた場合でも、光源装置の光の利用効率を低下させることなく、大型化の抑制に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態における光源装置の構成を示す図
【図２】実施の形態における光源装置で使用される蛍光体ホイールの図
【図３】実施の形態における光源装置で使用されるダイクロイックミラーの波長と透過率の関係を示す図
【図４】実施の形態における光源装置を搭載した投写型映像表示装置の構成を示す図
【図５】実施の形態における光合成部材を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
（実施の形態）
以下、図１〜図５を用いて、実施の形態を説明する。
【００１１】
［１．光源装置の構成］
図１は、蛍光体ホイール装置６０を使用した光源装置１の光学系の構成を説明するための図である。以下の説明の便宜上、図１では図中に示すＸＹＺ直交座標系をとるものする。
【００１２】
まず、光源装置１について説明する。光源装置１は、第１の光源ユニット１０と第２の光源ユニット２０を備える。第１の光源ユニット１０は、励起光源である複数のレーザ光源１１と、これらレーザ光源１１の出射側に配置されたコリメートレンズ１２を備える。第２の光源ユニット２０も第１の光源ユニット１０と同様に、励起光源である複数のレーザ光源２１と、これらレーザ光源２１の出射側に配置されたコリメートレンズ２２を備える。レーザ光源２１、２２は、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光を出射する、青色半導体レーザであり、高輝度の照明装置を実現するために、複数の半導体レーザにより構成されている。図１では、第１の光源ユニット１０と第２の光源ユニット２０は、例示的に４個の青色半導体レーザが並置されて記載されているが、複数の青色半導体レーザがマトリックス状に紙面に垂直な平面上に配置される。図１では例示的に各青色半導体レーザは、その出射光の偏光方向がＹ軸方向である、Ｓ偏光になるように配置されている。
【００１３】
第１の光源ユニット１０のレーザ光源１１から出射された励起光であるレーザ光は、それぞれ対応するコリメートレンズ１２によってコリメートされる。コリメートレンズ１２を出射した光は、略平行光になっている。
【００１４】
第１の光源ユニット１０から出射されるレーザ光の出射側には第１の集光レンズ１００が配置されており、コリメートレンズ１２を出射した平行光は第１の集光レンズ１００によって、その全体光束が集光される。
【００１５】
一方、第２の光源ユニット２０のレーザ光源２１から出射された励起光であるレーザ光は、それぞれ対応するコリメートレンズ２２によってコリメートされる。コリメートレンズ２２を出射した光は、略平行光になっている。
【００１６】
第２の光源ユニット２０から出射されるレーザ光の出射側には第２の集光レンズ２００が配置されており、コリメートレンズ２２を出射した平行光は第２の集光レンズ２００によって、その全体光束が集光される。
【００１７】
第１の光源ユニット１０、及び第２の光源ユニット２０の双方の出射光の光軸に対して、光合成部材３０が傾斜して配置されている。図５は、光合成部材３０の構造を説明するための図であって、光合成部材３０は、透明ガラス板の一方の面に反射膜を形成してなる光反射部３５（ハッチングを施した領域）を有し、矩形のスリットからなる第１〜第４の光透過部３１〜３４が形成されており、これら光透過部は、反射膜に代えて反射防止膜がガラス板の両面に形成されてなる。第１の光透過部３１の短手方向のスリット幅はａ１、第２の光透過部３２の短手方向のスリット幅はａ２、第３の光透過部３３の短手方向のスリット幅はａ３、第４の光透過部３４の短手方向のスリット幅はａ３となっている。第１〜第４の光透過部は、第１の集光レンズ、あるいは第２の集光レンズから近い位置から遠い位置に向かって、第１〜第４の光透過部の順に配置され、各スリット幅の大きさはａ１＞ａ２＞ａ３＞ａ４の関係となっている。この実施の形態では、光透過部の個数Ｎは、Ｎ＝４個であるが、それ以上の数、例えば５個であってもよく、その場合、各スリット幅の大きさはａ１＞ａ２＞ａ３＞ａ４＞ａ５の関係となる。
【００１８】
図１に示すように、第１の集光レンズ１００によって、各レーザ光源１１の光は集光しつつ光合成部材３０に向かって進行する。第１の集光レンズ１００から出射された各レーザ光源のレーザ光は、集光する途中で光合成部材３０の第１〜第４の光透過部３１〜３４を透過し、レンズ４０に入射する。レンズ４０は、集光された光を略平行光化する。
【００１９】
第２の集光レンズ２００によって、各レーザ光源２１の光は集光しつつ光合成部材３０に向かって進行する。第２の集光レンズ２００から出射された各レーザ光源２１のレーザ光は、集光する途中で光合成部材３０の光反射部３５で反射し、レンズ４０に入射する。レンズ４０は、集光された光を略平行光化する。
【００２０】
このように光合成部材３０は、第１の集光レンズ１００から集光するように、収束しつつ出射される光（光束）が第１〜第４の光透過部３１〜３４をすべて透過し、第２の集光レンズ２００から集光するように、収束しつつ出射される光（光束）が第１〜第４の光透過部を透過する光の出射方向と同方向に光反射部３５で反射するように配置されている。
【００２１】
第１の集光レンズ１００によって集光された光は、傾斜配置された光合成部材３０の光透過部のうち、第１の集光レンズ１００に近い第１の光透過部３１を透過する光は、その集光された光の光束の径が大きいため、光透過部のスリット幅を大きくしている。一方で、第１の集光レンズ１００から遠い位置にある第４の光透過部３４を透過する光は、その集光された光の光束の径が小さいため、第４の光透過部３４は小さくすることができる。
【００２２】
光反射部３５においても、同様の考慮がなされており、第１の光透過部３１と第２の光透過部３２の間の反射部の幅、第２の光透過部３２と第３の光透過部３３の間の反射部の幅、第３の光透過部３３と第４の光透過部３４の間の反射部の幅、及び第４の光透過部３４と光合成部材３０の端部との間の幅は、第２の集光レンズで収束しつつ進行する光束を全て反射し得る大きさに設定される。
【００２３】
このように、第１の光源ユニット１０は第１の方向である−Ｘ方向にレーザ光が出射するように複数のレーザ光源１１が配置され、第２の光源ユニット２０は第１の方向とは直交する第２の方向であるＺ方向にレーザ光が出射するように複数のレーザ光源２１が配置されている。
【００２４】
第１のレーザ光源１１、第２のレーザ光源２１から射出し、光合成部材３０によって合成され、レンズ４０によって略平行光化された光は、拡散板４１を通過し、Ｘ軸に対し、所定の角度の回転配置している４分の１波長板４２に照射される。
【００２５】
このように４分の１波長板４２は、Ｘ軸である光軸の角度配置を調整することにより、入射される光を楕円偏光の光として出射する。換言すれば、４分の１波長板４２は、入射される光を所定の割合（例えば、Ｓ偏光成分の強度が８０％、Ｐ偏光成分の強度が２０％）になるように偏光状態を変換して出射する。
【００２６】
拡散板１０５は平板ガラスであり、片面には微細な凹凸が施された拡散面が形成されている。４分の１波長板４２を透過した光は、光軸に対して略４５度の角度に配置された、ダイクロイックミラー５０に入射する。
【００２７】
図３に、ダイクロイックミラー５０の分光透過率を示す。このダイクロイックミラー５０は、透過率が５０％となる波長がＳ偏光で４６５ｎｍ、Ｐ偏光で４４２ｎｍの特性となっており、青色光は、この特性に従ってダイクロイックミラー５０を透過、または反射することにより偏光分離される。具体的には青色光のＳ偏光成分はダイクロイックミラーで反射し、Ｐ偏光成分はダイクロイックミラーを透過する。また、ダイクロイックミラー５０は、緑、赤成分を含む色光は９６％以上で透過する特性である。
【００２８】
ダイクロイックミラー５０に図中の−Ｘ方向へ入射したレーザ光のうち、一方の直線偏光光であるＳ偏光成分はダイクロイックミラー５０で反射して図中−Ｚ方向へ出射し、他方の直線偏光光であるＰ偏光成分はダイクロイックミラー５０を透過し図中−Ｘ方向へ出射する。−Ｚ方向へ出射したレーザ光はレンズ７０、レンズ７１によって集光され、蛍光体ホイール装置６０に形成された蛍光体を励起する。
【００２９】
蛍光体ホイール装置６０は、図２の側面図（ａ）に示すように、モータ６１と、モータ６１の回転軸を中心に回転駆動される円盤状の板体からなる回転基材６２とで構成される。
【００３０】
回転基材６２には、図２の正面図（ｂ）に示すように蛍光体ホイールの回転軸中心Ａから距離Ｒ１隔てられた円周上において、この円周の内外に所定の幅Ｗをもって黄色蛍光体部６３が形成されている。回転基材６２の黄色蛍光体部６３が形成されている面は反射面の加工が施されている。
【００３１】
第１、及び第２のレーザ光源ユニット１０、２１からのレーザ光が蛍光体ホイール装置６０の黄色蛍光体部６３に集光すると、黄色蛍光体部６３は励起され、緑および赤の色光を含む黄色光を発光する。
【００３２】
図１に戻り、蛍光体ホイール装置６０で得られる黄色光は、蛍光体ホイール装置１５から＋Ｚ方向に出射される。黄色蛍光体部６３で−Ｚ方向に出射された蛍光光は回転基材６２の反射面で反射して＋Ｚ方向に出射される。これら黄色光は、無偏光の光であり、レンズ７０、７１によって平行化されダイクロイックミラー５０を透過する。
【００３３】
一方、ダイクロイックミラー５０を通過した青色半導体レーザの青色光のＰ偏光は、レンズ８０で集光され、４分の１波長板９１を透過し、円偏光となり、レンズ８０の焦点近傍に配置している反射ミラー９２により反射し、再度、４分の１波長板９１を透過し、Ｓ偏光となり、レンズ８０で集光されて略平行光になり、ダイクロイックミラー５０で反射され、Ｚ方向に出射される。
【００３４】
このようにして、蛍光体ホイール装置６０からの黄色光（緑、及び赤色成分の光）と、青色光とが、ダイクロイックミラー５０で合成され、白色光として出射される。
【００３５】
［２．投写型映像表示装置の構成］
図４に、光源装置１から出射された白色光を利用した、投写型映像表示装置を示す。光源装置１から出射される白色光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板３０１に入射する。第１のレンズアレイ板３０１に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板３０２に収束する。第１のレンズアレイ板３０１のレンズ素子は液晶パネル３１１、３１２、３１３と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板３０２のレンズ素子は第１のレンズアレイ板３０１と液晶パネル３１１、３１２、３１３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。第２のレンズアレイ板３０２から出射した光は偏光変換素子３０３に入射する。偏光変換素子３０３は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、光源からの自然光を一つの偏光方向（Ｓ偏光）の光に変換する。蛍光光は自然光であるため、自然光をひとつの偏光方向に偏光変換されるが、青色光はＳ偏光の光で入射するため、偏光は変換されない。偏光変換素子３０３からの光は重畳用レンズ３０４に入射する。重畳用レンズ３０４は第２のレンズアレイ板３０２の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル３１１、３１２、３１３上に重畳照明するためのレンズである。第１のレンズアレイ板３０１、第２のレンズアレイ板３０２と、偏光変換素子３０３と、重畳用レンズ３０４を光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系としている。
【００３６】
重畳用レンズ３０４からの光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー３０５、緑反射のダイクロイックミラー３０６により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ３０７、入射側偏光板３０８を透過して、液晶パネル３１１に入射する。青の色光は反射ミラー３１８で反射した後、フィールドレンズ３１９、入射側偏光板３１０を透過して液晶パネル３１３に入射する。赤の色光はリレーレンズ３２０、３２２、反射ミラー３２１、３２３を透過屈折および反射して、フィールドレンズ３２４、入射側偏光板３０９を透過して、液晶パネル３１２に入射する。
【００３７】
３枚の液晶パネル３１１、３１２、３１３は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、それぞれの液晶パネル３１１、３１２、３１３の両側に透過軸を直交するように配置したそれぞれの入射側偏光板３０８，３０９、３１０および出射側偏光板３１４、３１５、３１６を組み合わせて光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。出射側偏光板３１４、３１５、３１６を透過した各色光は色合成プリズム３１７により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、液晶パネルで形成された画像である映像光として投写レンズ３２５に入射する。投写レンズ３２５に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
【００３８】
［３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、光を集光する第１の集光レンズ１００、第２の集光レンズ２００と光を略平行光化するレンズ４０の間に、透過部の大きさが異なる光合成部材３０を配置することにより、光の利用効率を低下することなく、光源装置の大型化を抑制することができる。
【００３９】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【００４０】
例えば、光合成部材３０を構成するベースの材料は、ガラス板に限定されず、例えば、アルミ板に孔を開けて光透過部を開設し、一方の面に反射膜を形成したものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本開示は、光源装置またはプロジェクタなどの投写型映像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  光源装置
１０  第１の光源ユニット
１１、２１  レーザ光源
１２、２２  コリメートレンズ
２０  第２の光源ユニット
３０  光合成部材
３１  第１の光透過部
３２  第２の光透過部
３３  第３の光透過部
３４  第４の光透過部
３５  光反射部
４０  レンズ
４１  拡散板
４２、９１  ４分の１波長板
５０  ダイクロイックミラー
６１  モータ
６２  回転基材
６３  黄色蛍光体部
７０、７１、８０  レンズ
９２  反射ミラー
１００  第１の集光レンズ
１０５  拡散板
２００  第２の集光レンズ
３０１  第１のレンズアレイ板
３０２  第２のレンズアレイ板
３０３  偏光変換素子
３０４  重畳用レンズ
３０５、３０６  ダイクロイックミラー
３０７、３１９、３２４  フィールドレンズ
３０８、３０９、３１０  入射側偏光板
３１１、３１２、３１３  液晶パネル
３１４、３１５、３１６  出射側偏光板
３１７  色合成プリズム
３１８、３２１、３２３  反射ミラー
３２０、３２２  リレーレンズ
３２５  投写レンズ
【図１】
2019101200.tif 000003
【図２】
2019101200.tif 000004
【図３】
2019101200.tif 000005
【図４】
2019101200.tif 000006
【図５】
2019101200.tif 000007