(57)【要約】 【課題】青色光が他の色光に混入してしまうことを抑制し、色再現性を向上させる。【解決手段】光源装置１は、励起光を出射する励起光源１０と、励起光源１０から出射された励起光を反射する反射層３０ｆと、励起光を蛍光光に変換する蛍光体層３０ｅとが周方向に並設された回転制御可能な蛍光板３０と、励起光及び蛍光光を表示素子３に導くためのダイクロイックミラー４３とを備えている。反射層３０ｆの表面側には励起光の偏光方向を変える偏光変換層が設けられている。ダイクロイックミラー４３は、励起光源１０から出射された励起光を蛍光板３０に向けて反射し、当該反射の後に蛍光体層３０ｅで変換された蛍光光を透過するとともに、偏光変換層を通過して反射層３０ｆで反射されることで位相が変換された励起光も透過する。【選択図】図１
2015227916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記励起光を反射する反射層と、前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層と、が周方向に並設された回転制御可能な蛍光板と、
前記励起光及び前記蛍光光を表示素子に導くためのダイクロイックミラーと、
を備え、
前記反射層の表面側には、前記励起光の偏光方向を変える偏光変換層が設けられており、
前記ダイクロイックミラーは、
前記励起光源から出射された励起光を前記蛍光板に向けて反射し、当該反射の後に前記蛍光体層で変換された前記蛍光光を透過するとともに、前記偏光変換層を通過して前記反射層で反射されることで位相が変換された前記励起光も透過することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、
前記偏光変換層は１／４波長層であり、
前記励起光源は、前記ダイクロイックミラーに対して主たる偏光成分がＳ偏光となる励起光源を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、
前記励起光源から出射されたＳ偏光の光の５０％以上を反射し、
前記偏光変換層を通過して前記反射層で反射されることで位相が変換されたＰ偏光の光の５０％以上を透過することを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光源装置において、
前記蛍光体層には、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層が周方向に並設して設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記反射層と前記偏光変換層との間には、透過する光を拡散する拡散層が介在していることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記表示素子と、
前記ダイクロイックミラーを透過した光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、
前記表示素子から出射された画像をスクリーンに投影する投影光学系とを備えることを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影装置としては、励起光源から発せられた青色の励起光を、蛍光体ホイールに備えられる蛍光体層によって青色以外（例えば赤色光、緑色光）の蛍光光に変換して投影に用いるものが知られている。また、蛍光体ホイールには反射層も設けられていて、この反射層によって反射した励起光は青色のまま投影に用いられる。
ここで、投影装置によっては、蛍光体ホイールと励起光源との間に１／４波長板が設けられ、さらに、１／４波長板と励起光源との間にダイクロイックミラーが設けられたものがある（例えば特許文献１参照）。
ダイクロイックミラーには、Ｐ偏光やＳ偏光に関わらず赤色光や緑色光を通過させ、なおかつＰ偏光の青色の励起光も通過させるのに対し、Ｓ偏光の青色の励起光は反射する特性を有したものがある。
具体的に、励起光源から発せられたＰ偏光の青色の励起光はダイクロイックミラーを通過し、蛍光体ホイールに到達する。蛍光体ホイールで変換された赤色光、緑色光は、１／４波長板を透過したのちにダイクロイックミラーを通過する。また、蛍光体ホイールの反射層で反射し、１／４波長板を通過した青色の励起光はＳ偏光となっているので、この励起光もダイクロイックミラーを通過する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、蛍光体層で変換されず当該蛍光体層の表面で反射する青色光も少なからず存在している。この青色光も１／４波長板を通過するためダイクロイックミラーを通過する。つまり、赤色光及び緑色光に青色光が混入してしまい、色再現性を低下させる一因となっていた。
そこで本発明の課題は、青色光が他の色光に混入してしまうことを抑制し、色再現性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、本発明の一の態様によれば、
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記励起光を反射する反射層と、前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層と、が周方向に並設された回転制御可能な蛍光板と、
前記励起光及び前記蛍光光を表示素子に導くためのダイクロイックミラーと、
を備え、
前記反射層の表面側には、前記励起光の偏光方向を変える偏光変換層が設けられており、
前記ダイクロイックミラーは、
前記励起光源から出射された励起光を前記蛍光板に向けて反射し、当該反射の後に前記蛍光体層で変換された前記蛍光光を透過するとともに、前記偏光変換層を通過して前記反射層で反射されることで位相が変換された前記励起光も透過することを特徴とする光源装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、青色光が他の色光に混入してしまうことを抑制することができ、色再現性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る投影装置の平面図である。
【図２】本実施形態に係る蛍光板の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本実施形態に係るダイクロックミラーの分光特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【０００９】
図１は投影装置１００の平面図である。
投影装置１００は光源装置（時分割光発生装置、シーケンシャルカラー発生装置）１、光源側光学系２、表示素子３及び投影光学系４等を備える。
【００１０】
光源装置１は、出射光を互いに異なる複数色の光に時間で分割して、それら複数色の光を順次出射する。具体的には、光源装置１は赤色光、緑色光及び青色光を所定の順序で繰り返し出射するものである。光源装置１は、１周期あたり赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ少なくとも一回照射する。１周期は、表示素子３によって１フレームのカラー映像が生成される期間である。
【００１１】
光源側光学系２は、光源装置１から出射された赤色光、緑色光及び青色光を表示素子３に投射する。光源側光学系２はインテグレータ光学素子２ａ、レンズ２ｂ、光軸変換ミラー２ｃ、レンズ群２ｄ、照射ミラー２ｅ及びフィールドレンズ２ｆを有する。このうちフィールドレンズ２ｆは光源側光学系２と投影光学系４に兼用される。
【００１２】
インテグレータ光学素子２ａは例えばライトトンネル又はライトロッドである。インテグレータ光学素子２ａは、光源装置１によって出射された赤色光、緑色光及び青色光を側面で複数回反射又は全反射させることで、赤色光、緑色光及び青色光の強度分布（光軸に垂直な面内における強度分布）を均一にする。レンズ２ｂは、インテグレータ光学素子２ａによって強度が均等分布化された赤色光、緑色光及び青色光を光軸変換ミラー２ｃに向けて投射するとともに、集光する。光軸変換ミラー２ｃは、レンズ２ｂによって投射された赤色光、緑色光及び青色光をレンズ群２ｄに向けて反射させる。レンズ群２ｄは、光軸変換ミラー２ｃによって反射された赤色光、緑色光及び青色光を照射ミラー２ｅに向けて投射するとともに、集光する。照射ミラー２ｅは、レンズ群２ｄによって投射された光を表示素子３に向けて反射させる。フィールドレンズ２ｆは、照射ミラー２ｅによって反射された光を表示素子３へ投射する。
【００１３】
表示素子３は空間光変調器であり、光源側光学系２によって照射された赤色光、緑色光及び青色光を各画素で変調することによって映像が生成される。表示素子３が１周期当たりに１フレームのカラー映像を生成し、１フレームのカラー映像が赤色映像、緑色映像及び青色映像に時間で分割される。つまり、表示素子３が１周期当たりに赤色映像、緑色映像及び青色映像をそれぞれ少なくとも一回生成し、１周期に形成された赤色映像、緑色映像及び青色映像を時間で合成したものが１フレームのカラー映像に相当する。
【００１４】
表示素子３の周期と光源装置１の周期とが等しい。表示素子３の周期は、１フレームのカラー映像が生成される周期に相当する。つまり、表示素子３の周期は、表示素子３によって赤色映像、緑色映像及び青色映像がそれぞれ少なくとも一回生成される周期に相当する。
光源装置１によって赤色光が出射される期間に同期して、表示素子３が赤色の映像を生成する。光源装置１によって緑色光が出射される期間に同期して、表示素子３が緑色の映像を生成する。光源装置１によって青色光が出射される期間に同期して、表示素子３が青色の映像を生成する。
【００１５】
表示素子３は、二次元アレイ状に配列された複数の可動マイクロミラー等を有するデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である。表示素子３はドライバーによって駆動される。つまり、赤色光が表示素子３に照射されている時に、表示素子３の各可動マイクロミラーが制御（例えば、ＰＷＭ制御）されることで、赤色光が投影光学系４に向けて反射される時間比（デューティー比）が可動マイクロミラー毎に制御される。これにより、表示素子３によって赤色の映像が生成される。緑色光や青色光が表示素子３に照射されている際も、同様である。
【００１６】
なお、表示素子３が反射型の空間光変調器ではなく、透過型の空間光変調器（例えば、液晶シャッターアレイパネル：いわゆる液晶表示器）であってもよい。表示素子３が透過型の空間光変調器である場合、光源側光学系２の光学設計を変更し、光源側光学系２によって照射される赤色光、緑色光及び青色光の光軸が後述の投影光学系４の光軸に重なるようにして、投影光学系４と光源側光学系２との間に表示素子３を配置する。
【００１７】
投影光学系４は複数枚のレンズからなるレンズ列である。投影光学系４は表示素子３に対向するように設けられ、投影光学系４の光軸が前後に延びて表示素子３に交差する。投影光学系４は、表示素子３によって反射された光を前方に投射することによって、表示素子３によって生成された映像をスクリーンに投影する。この投影光学系４は可動レンズ群４ａ及び固定レンズ群４ｂ等を備える。投影光学系４は、可動レンズ群４ａの移動によって、焦点距離が変更可能であるとともに、フォーカシングが可能である。
【００１８】
以下、光源装置１について具体的に説明する。光源装置１は、励起光源１０と、スピンドルモーター２０と、蛍光板３０と、光路光学系４０とを備える。
励起光源１０は、平行光であるＳ偏光の青色光（励起ビーム）を発する例えば青色レーザーダイオード等の半導体発光素子である。励起光源１０によって発せられた青色光は、互いに平行に進行する複数の青色光線の束である。励起光源１０によって発せられた青色光は、後述の蛍光体層３０ｅを励起するものである。
【００１９】
蛍光板３０が円板状に設けられ、蛍光板３０の中心がスピンドルモーター２０の駆動軸に連結されている。蛍光板３０は、スピンドルモーター２０によって回転制御が可能となっている。
【００２０】
図２は蛍光板３０の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２に示すように、蛍光板３０は周方向に沿う３つのセグメント、第一セグメント３０ａと第二セグメント３０ｂと第三セグメント３０ｃとに分けられている。ここで、第一セグメント３０ａ及び第二セグメント３０ｂが蛍光領域であり、第三セグメント３０ｃが光拡散透過領域である。
【００２１】
蛍光板３０には、蛍光体層３０ｅ及び反射層３０ｆ等が設けられている。蛍光板３０の形状を大づかみに捉えた際の蛍光板３０の骨格的形状は円板である。蛍光板３０の中心にスピンドルモーター２０の駆動軸が直結されている。スピンドルモーター２０の駆動軸がインテグレータ光学素子２ａの光軸に対して平行であり、蛍光板３０がインテグレータ光学素子２ａの光軸に対して直交する。
【００２２】
蛍光体層３０ｅ及び反射層３０ｆは、蛍光板３０の表面で周方向に並設されている。なお、周方向とは、スピンドルモーター２０の駆動軸を中心とした円周方向をいい、軸方向とは、スピンドルモーター２０の駆動軸が延びる方向をいう。
【００２３】
蛍光体層３０ｅは、励起光源１０によって発せられた青色光によって励起され、蛍光光を発するものである。蛍光体層３０ｅは蛍光板３０の表側の面に形成されている。
そして、蛍光体層３０ｅと蛍光板３０の接合界面が鏡面仕上げされ、蛍光体層３０ｅから発した蛍光光の利用効率が向上している。
【００２４】
軸方向に見て、蛍光体層３０ｅ及び反射層３０ｆは周方向に延びるように円弧帯状に形成されている。蛍光体層３０ｅと反射層３０ｆが周方向に並設され、蛍光体層３０ｅと反射層３０ｆとが同一回転軌道上にある。つまり、軸方向に見て、蛍光体層３０ｅと反射層３０ｆとは、スピンドルモーター２０の駆動軸を中心とした同一円周上に配置されている。この蛍光体層３０ｅが形成された部位が第一セグメント３０ａ及び第二セグメント３０ｂに相当する。
【００２５】
また、反射層３０ｆの表面側には拡散透過板からなる拡散層３０ｇと、１／４波長板からなる１／４波長層（偏光変換層）３０ｈとが積層されている。拡散層３０ｇが反射層３０ｆ側であり、１／４波長層３０ｈが表面側に配置されている。この拡散層３０ｇ及び１／４波長層３０ｈが積層された反射層３０ｆが第三セグメント３０ｃに相当する。
励起光源１０が点灯している時に第三セグメント３０ｃが青色光の光軸を通過すると、青色光は、１／４波長層３０ｈで波長の位相が１／４だけ変換された状態で拡散層３０ｇを通過して拡散され反射層３０ｆで反射される。反射された青色光は、さらに拡散層３０ｇを通過して拡散され、１／４波長層３０ｈを通過することでさらに波長の位相が１／４だけ変換される。つまり、Ｓ偏光の青色光は第三セグメント３０ｃを往復通過することで波長の位相が１／２変換され、Ｐ偏光の青色光となることになる。
【００２６】
また、蛍光体層３０ｅのうち、第一セグメント３０ａに相当する部分は緑色蛍光体層であり、青色光によって励起され緑色光を発する。また、蛍光体層３０ｅのうち、第二セグメント３０ｂに相当する部分は赤色蛍光体層であり、青色光によって励起され赤色光を発する。
【００２７】
光路光学系４０は、励起光源１０から照射された青色光を蛍光板３０に向け、蛍光板３０から発せられた赤色光、緑色光及び青色光を同一光路に合成する。
【００２８】
光路光学系４０は、レンズ４１，４２と、ダイクロイックミラー４３を有する。
レンズ４１は、当該レンズ４１の光軸がインテグレータ光学素子２ａの光軸と同軸となるように蛍光板３０とダイクロイックミラー４３との間に設けられている。
また、レンズ４２は、当該レンズ４２の光軸がインテグレータ光学素子２ａの光軸と同軸となるようにダイクロイックミラー４３とインテグレータ光学素子２ａとの間に配置されている。
【００２９】
ダイクロイックミラー４３は、励起光源１０の光軸上であって、インテグレータ光学素子２ａの光軸上に配置されている。ダイクロイックミラー４３は、所定帯域の光（青色光）を反射し、その所定帯域外の光（赤色光、緑色光）を透過させる。つまり、ダイクロイックミラー４３は、励起光源１０から出射されたＳ偏光の光の５０％以上を反射し、１／４波長層３０ｈを通過して反射層３０ｆで反射されることで位相が変換されたＰ偏光の光の５０％以上を透過する。
【００３０】
図３は、ダイクロイックミラー４３の分光特性を示す説明図である。
ダイクロイックミラー４３のＳ偏光反射率Ｒ１とＰ偏光反射率Ｒ２とは図３に示す通りである。このため、ピーク波長が４４５ｎｍの青色光ＢがＳ偏光である場合にはダイクロイックミラー４３は青色光Ｂを反射し、波長４４５ｎｍの青色光ＢがＰ偏光である場合にはダイクロイックミラー４３は青色光Ｂを透過する。そして、赤色光や緑色光は青色光Ｂよりも波長が大幅に長いために、これらの色光はＳ偏光或いはＰ偏光であってもダイクロイックミラー４３を透過する。
つまり、ダイクロイックミラー４３は、励起光源１０から出射された励起光（Ｓ偏光の青色光）を蛍光板３０に向けて反射し、当該反射の後に蛍光体層３０ｅで変換された蛍光光（赤色光及び緑色光）を透過するとともに、１／４波長層３０ｈを通過して反射層３０ｆで反射されることで位相が変換された励起光（Ｐ偏光の青色光）も透過する。
【００３１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、励起光源１０から照射されダイクロイックミラー４３に到達したＳ偏光の青色光Ｂ１は、ダイクロイックミラー４３により反射されてレンズ４１及び蛍光板３０に向かって進行する。
蛍光板３０に到達した青色光Ｂ１のうち、第一セグメント３０ａに到達した光は当該第一セグメント３０ａを励起して緑色光Ｇとなってレンズ４１及びダイクロイックミラー４３に向かって進行する。ダイクロイックミラー４３では、緑色光Ｇは透過されて、後段の光学系を通過して表示素子３に到達する。
また、蛍光板３０に到達した青色光Ｂ１のうち、第二セグメント３０ｂに到達した光は当該第二セグメント３０ｂを励起して赤色光Ｒとなってレンズ４１及びダイクロイックミラー４３に向かって進行する。ダイクロイックミラー４３では、赤色光Ｒは透過されて、後段の光学系を通過して表示素子３に到達する。
ここで、第一セグメント３０ａ及び第二セグメント３０ｂに到達した光は、励起されることなくその表面でＳ偏光の青色光Ｂ１のまま反射されるが、ダイクロイックミラー４３ではＳ偏光の青色光Ｂ１は透過されないために後段の光学系に向かうことはなく、緑色光Ｇや赤色光Ｒに青色光Ｂ１が混入してしまうことが抑制される。
【００３２】
他方、蛍光板３０に到達した青色光Ｂ１のうち、第三セグメント３０ｃに到達した光は、１／４波長層３０ｈで波長の位相が１／４だけ変換された状態で拡散層３０ｇを通過して拡散され反射層３０ｆで反射される。反射された青色光は、さらに拡散層３０ｇを通過して拡散され、１／４波長層３０ｈを通過することでさらに波長の位相が１／４だけ変換されＰ偏光の青色光Ｂ２となることになる。
Ｐ偏光の青色光Ｂ２は、レンズ４１及びダイクロイックミラー４３に向かって進行する。ダイクロイックミラー４３では、Ｐ偏光の青色光Ｂ２は透過されて、後段の光学系を通過して表示素子３に到達する。
【００３３】
以上のように本実施形態によれば、反射層３０ｆの表面側に１／４波長層３０ｈが設けられているので、反射の前後で１／４波長層３０ｈを往復通過した励起光は、その位相が１／２変換されることになる。なお、蛍光体層３０ｅと第三セグメント３０ｃの裏面側全面が反射板であれば、反射層３０ｆは無くても構わない。
そして、ダイクロイックミラー４３では、蛍光光（緑色光Ｇ及び赤色光Ｒ）とともに、位相が１／２変換された励起光（Ｐ偏光の青色光Ｂ２）も透過されるが、蛍光体層３０ｅの表面で反射し、位相が変換されていないＳ偏光の青色光Ｂ１はダイクロイックミラー４３を透過しない。したがって、緑色光Ｇや赤色光Ｒに青色光Ｂ１が混入してしまうことが抑制され、色再現性を向上させることができる。
【００３４】
また、蛍光体層３０ｅには、赤色蛍光体層（第二セグメント３０ｂ）と緑色蛍光体層（第一セグメント３０ａ）とが周方向に並設して設けられているので、１つの蛍光板３０で青色光Ｂ１を赤色光Ｒ及び緑色光Ｇに変換することができる。
【００３５】
また、反射層３０ｆと１／４波長層３０ｈとの間に、透過する光を拡散する拡散層３０ｇが介在しているので、この拡散層３０ｇを通過する励起光を拡散させることができる。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
【００３７】
〔付記〕
＜請求項１＞
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記励起光を反射する反射層と、前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層と、が周方向に並設された回転制御可能な蛍光板と、
前記励起光及び前記蛍光光を表示素子に導くためのダイクロイックミラーと、
を備え、
前記反射層の表面側には、前記励起光の偏光方向を変える偏光変換層が設けられており、
前記ダイクロイックミラーは、
前記励起光源から出射された励起光を前記蛍光板に向けて反射し、当該反射の後に前記蛍光体層で変換された前記蛍光光を透過するとともに、前記偏光変換層を通過して前記反射層で反射されることで位相が変換された前記励起光も透過することを特徴とする光源装置。
＜請求項２＞
請求項１記載の光源装置において、
前記偏光変換層は１／４波長層であり、
前記励起光源は、前記ダイクロイックミラーに対して主たる偏光成分がＳ偏光となる励起光源を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、
前記励起光源から出射されたＳ偏光の光の５０％以上を反射し、
前記偏光変換層を通過して前記反射層で反射されることで位相が変換されたＰ偏光の光の５０％以上を透過することを特徴とする光源装置。
＜請求項３＞
請求項１又は２記載の光源装置において、
前記蛍光体層には、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層が周方向に並設して設けられていることを特徴とする光源装置。
＜請求項４＞
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記反射層と前記偏光変換層との間には、透過する光を拡散する拡散層が介在していることを特徴とする光源装置。
＜請求項５＞
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記表示素子と、
前記ダイクロイックミラーを透過した光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、
前記表示素子から出射された画像をスクリーンに投影する投影光学系とを備えることを特徴とする投影装置。
【符号の説明】
【００３８】
１      光源装置
２      光源側光学系
３      表示素子
４      投影光学系
１０      励起光源
２０      スピンドルモーター
３０      蛍光板
３０ａ    第一セグメント（緑色蛍光体層）
３０ｂ    第二セグメント（赤色蛍光体層）
３０ｃ    第三セグメント
３０ｅ    蛍光体層
３０ｆ    反射層
３０ｇ    拡散層
３０ｈ    １／４波長層（偏光変換層）
４０      光路光学系
４１      レンズ
４２      レンズ
４３      ダイクロイックミラー
１００      投影装置
【図１】
2015227916.tif 000003
【図２】
2015227916.tif 000004
【図３】
2015227916.tif 000005