(57)【要約】【課題】小型かつ高効率な光源装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供すること【解決手段】光源装置は、緑用光源１Ｇと、赤用光源１Ｒと、青用光源１Ｂと、緑光と赤光を異なる位置に集光する集光レンズ系５と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光束を射出する第１の光源と、
第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１の光源から射出された前記第１の光束を第１の位置に集光し、前記第２の光源から射出された前記第２の光束を前記第１の位置とは異なる第２の位置に集光する集光光学系と、を有し、
前記集光光学系は、前記第１の光束と前記第２の光束が該集光光学系に対して互いに異なる角度で入射するように配置されている、ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１の位置に配置され、前記第１の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する第１の特性変更素子と、
前記第２の位置に配置され、前記第２の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する第２の特性変更素子と、
前記第１の特性変更素子から前記集光光学系を通った光束を導光する第１の導光素子と、
前記第１の導光素子とは異なる位置に配置され、前記第２の特性変更素子から前記集光光学系を通った光束を導光する第２の導光素子と、
を更に有す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の導光素子と前記第２の導光素子は、それぞれ異なる分光反射特性を有するダイクロイックミラーであ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の導光素子の前記ダイクロイックミラーの反射面と前記第２の導光素子の前記ダイクロイックミラーの反射面は異なる角度で配置されてい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２の導光素子の前記ダイクロイックミラーは、前記第２の光束の前記第２の導光素子への入射角度によって反射帯域が変化することを特徴とする請求項３または４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の特性変更素子と前記第２の特性変更素子の少なくとも一方は、入射光を励起光して蛍光を発する蛍光層を有することを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１の特性変更素子と前記第２の特性変更素子の少なくとも一方は、拡散反射面を有することを特徴とする請求項２乃至６のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の特性変更素子は前記第１の光束の波長帯域を変更し、前記第１の光束は前記第１の導光素子を透過して前記集光光学系に入射し、
前記第２の特性変更素子は前記第２の光束の光路を変更し、前記第２の光束は前記第２の導光素子を通らずに前記集光光学系に入射することを特徴とする請求項２乃至７のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
複数の第１の光源のアレイと、複数の第２光源のアレイと、
を有し、前記第１の光源のアレイと前記第２光源のアレイは前記集光光学系の光軸に対して異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１の光束と前記第２の光束は波長帯域が異なることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第１の光束と前記第２の光束は波長帯域が同じであることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１の導光素子と前記第２の導光素子は、前記集光光学系による集光位置を物体位置としたときの瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項２乃至１１のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の光源装置を有する投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置と、それを利用する液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、個体光源の光を励起光として蛍光層によって生成される蛍光を緑光として用い、また、個体光源の光をそのまま赤光および青光として用い、ダイクロイックミラーにより光路合成する白色光源装置を開示している。いずれの光路も複数の光源光から発する光を一度レンズ系によって集光させ、赤、青光はスペックル除去のためのディフューザーを、緑光は蛍光層を通過させて再びレンズ系により平行光化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４２２２２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に示す光源は、どの光路も拡散光を効率よく取り込むために高ＮＡのレンズ系を用いる必要があり、大型化するため、高輝度かつ小型軽量が求められるプロジェクタには適用しにくい。
【０００５】
本発明は、小型かつ高効率な光源装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、第１の光束を射出する第１の光源と、第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１の光源から射出された前記第１の光束を第１の位置に集光し、前記第２の光源から射出された前記第２の光束を前記第１の位置とは異なる第２の位置に集光する集光光学系と、を有し、前記集光光学系は、前記第１の光束と前記第２の光束が該集光光学系に対して互いに異なる角度で入射するように配置されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型かつ高効率な光源装置およびこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の光源装置の光路図である。（実施例１）
【図２】図１に示す光源装置のＧ光路である。（実施例１）
【図３】図１に示す光源装置のＲ光路である。（実施例１）
【図４】図１に示す光源装置のＢ光路である。（実施例１）
【図５】図１に示す光源装置に用いられるダイクロイックミラーの特性を示すグラフである。（実施例１）
【図６】図１に示す光源装置の分光スペクトルを示すグラフである。（実施例１）
【図７】本発明の光源装置に用いられるダイクロイックミラーの特性を示すグラフである。（実施例２）
【図８】本発明の光源装置の分光スペクトルを示すグラフである。（実施例２）
【図９】本発明の光源装置の光路図である。（実施例３）
【図１０】図９に示す光源装置に用いられるダイクロイックミラーの特性を示すグラフである。（実施例３）
【図１１】本発明の投射型表示装置の光路図である。（実施例１、２、３）
【図１２】本発明の集光光学系の光路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１１は、本実施形態の液晶プロジェクタのブロック図である。液晶プロジェクタは投射型表示装置（画像表示装置）の一例である。本実施形態の液晶プロジェクタは、光源２０１、ダイクロイックミラー２０２、２０３、ミラー２０４、偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７、液晶パネル２０８、２０９、２１０、Ｘプリズム２１１、投影レンズ（投射光学系）２１２を有する。
【００１０】
光源２０１は、白色光を出力する光源部と、光源からの光によって光変調素子を照明する不図示の照明光学系と、を含む。この光源部に、後述する実施例１〜３の光源装置を適用する。照明光学系は、必要があれば、インテグレータ、ＵＶ−ＩＲ（紫外光・赤外光）カットフィルタ、偏光方向を揃える偏光変換素子を有してもよい。
【００１１】
光源２０１からの白色光は、ダイクロイックミラー２０２に入射する。ダイクロイックミラー２０２は、緑（以下、「Ｇ」と称する）の成分光を反射し、赤（以下、「Ｒ」と称する）の成分光と青（以下、「Ｂ」と称する）の成分光を透過する。Ｇ成分光、Ｒ成分光、Ｂ成分光は波長領域がそれぞれ異なる。この結果、Ｇ成分光とＲＢ成分光が分離される。
【００１２】
次に、ＲＢの成分光はダイクロイックミラー２０３に入射する。ダイクロイックミラー２０３は、Ｒ成分光を反射し、Ｂ成分光を透過する。この結果、Ｒ成分光とＢ成分光が分離される。Ｇの成分光は折り曲げミラー２０４によって光路が折り曲げられる。
【００１３】
このように、ダイクロイックミラー２０２、２０３は白色光を複数の色成分に分光する色分離手段として機能する。
【００１４】
分離されたＧＲＢの各成分光はそれぞれ偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７に入射する。偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７は、第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射する偏光分離面を有する偏光分離手段として機能する。第１の偏光と第２の偏光は偏光方向が直交し、例えば、第１の偏光はＰ偏光であり、第２の偏光はＳ偏光である。
【００１５】
偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７で反射されたＧＲＢの各成分光は、それぞれ反射型の液晶パネル２０８、２０９、２１０へ供給される。液晶パネル２０８、２０９、２１０は、各成分光を後述する映像信号出力手段１０９から出力される映像信号に応じて変調して反射する光変調素子として機能する。
【００１６】
液晶パネル２０８、２０９、２１０により反射され、偏光方向が変換されたＧＢＲの成分光は、それぞれ再度、偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７に戻る。これにより、ＧＢＲの成分光は、偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７を透過してＸプリズム２１１に入射する成分光と偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７で反射されて光源方向へ戻る成光分とに分離される。
【００１７】
Ｘプリズム２１１は、変調されて偏光分離手段を経た成分光合成する合成手段として機能する。Ｘプリズム２１１は、ＧＲＢ成分光を合成し、合成光として投影レンズ２１２に供給する。投影レンズ２１２は、ズーム機能を備えており、供給された合成光を任意の倍率でスクリーン等の被投射面へ投射し、映像を表示する。ここでは、液晶パネルを３枚使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、液晶パネルを１枚で時分割により色再生を行うシステムや、デジタルミラーデバイスを使用するものにも適用することができる。
【００１８】
以下、光源２０１の光源部に適用可能な光源装置について説明する。
【００１９】
本実施形態の光源装置は、少なくとも２つの光源、例えば、第１の光束を射出する第１の光源と、第２の光束を射出する第２の光源と、を有する。この場合、第１の光源は緑光を発する緑用光源、第２の光源は赤光を発する赤用光源または青光を発する青用光源でもよいし、第１の光源は赤光を発する赤用光源、第２の光源は青光を発する青用光源でもよい。第１の光束と第２の光束は波長帯域が同じでもよいし、異なってもよい。
【００２０】
また、光源装置は、集光光学系と、第１の特性変更素子と、第２の特性変更素子と、第１の導光素子と、第２の導光素子と、を更に有する。
【００２１】
集光光学系は、第１の光源から射出された第１の光束を第１の位置に集光し、第２の光源から射出された第２の光束を前記第１の位置とは異なる第２の位置に集光する集光光学系を更に有する。このように、同一の集光光学系が異なる位置に集光スポットを形成することによって小型化を達成することができる。集光光学系は、例えば、２つの平凸レンズ、２つのメニスカスレンズを有する。
【００２２】
光源が、複数の第１の光源のアレイと、複数の第２光源のアレイと、から構成される場合、第１の光源のアレイと第２光源のアレイは集光光学系の光軸に対して異なる角度で配置されていてもよい。これにより、異なる２つの集光位置に集光し易くなる。また、例えば、第１の光束を第１の導光素子を透過させて第２の光束を第２の導光素子を通らずに集光光学系に入射させる構成をとることができる。
【００２３】
第１の特性変更素子は、第１の位置に配置され、第１の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する。第２の特性変更素子は、第２の位置に配置され、第２の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する。例えば、第１の特性変更素子は緑用蛍光層を有し、第２の特性変更素子は赤用蛍光層を有するなど、第１の特性変更素子と第２の特性変更素子の少なくとも一方は、入射光を励起光して蛍光を発する蛍光層を有してもよい。特性変更素子は、入射光と射出光の光路（往路と復路の光路）が同じ場合には少なくとも射出光の波長を入射光の波長特性を異ならせる。あるいは、第１の特性変更素子と第２の特性変更素子の少なくとも一方は、拡散反射面など、入射光を偏向して角度特性を異ならせてもよい。波長特性を異ならせたり、入射光を偏向したりすることによって光源と集光光学系の間に入射光は透過して射出光は反射するような導光素子を配置することができ、小型化を達成することができる。
【００２４】
なお、入射光は導光素子を透過して集光光学系に入射してもよいし、導光素子を通らずに集光光学系に入射してもよい。
【００２５】
第１の導光素子は、第１の特性変更素子から集光光学系を通った光束を（例えば、照明光学系に）導光すると、第２の導光素子は、第１の導光素子とは異なる位置に配置され、第２の特性変更素子から集光光学系を通った光束を（例えば、照明光学系に）導光する。第１の導光素子と第２の導光素子は、それぞれ異なる分光反射特性を有するダイクロイックミラーであってもよいが、これに限定されず偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）などを使用してもよい。各ダイクロイックミラーの反射面は異なる角度で配置されてもよい。これにより、異なる集光位置からの光に対応することができる。また、第２の導光素子のダイクロイックミラーは、第２の光束の第２の導光素子への入射角度によって反射帯域が変化してもよい。第１の導光素子と第２の導光素子は、拘束を重畳してもよい。第１の導光素子と第２の導光素子は、集光光学系による集光位置を物体位置としたときの瞳位置に配置されていてもよい。
【実施例１】
【００２６】
図１は、実施例１の光源装置の光路図である。光源装置は、個体光源１、コリメータレンズ２、ダイクロイックミラー４、集光レンズ系５、拡散反射面６を有する。光源１から出射した光束は集光レンズ系５によって拡散反射面６に集光され、拡散反射面６で拡散反射されたのち集光レンズ系５によって平行光化され、ダイクロイックミラー４によって反射され、照明光学系に導かれる。本実施例では、一つの集光レンズ系（集光光学系）５で二つ以上の集光スポットを形成して小型軽量化を実現している。但し、本発明の集光光学系はミラーなどレンズ以外の光学素子が含まれることを禁止するものではない。図１（Ａ）は、光源１から拡散反射面６までの光路を、図１（Ｂ）は、拡散反射面６で反射した後の光路を示している。それぞれの番号後に付記されている記号Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれの素子や光束が最終的に光源装置から発せられるときの色と関連付けられており、それぞれ赤、緑、青に該当する。
【００２７】
図２（Ａ）は、緑用光源１Ｇから射出した光源光が拡散反射面６Ｇまで至る光路図である。緑用光源１Ｇは４４８ｎｍを中心波長とする青レーザー光源である。緑用光源１Ｇの直後にはコリメータレンズ２が配置されており、レーザー射出後の光束を平行光化する。緑用光源１Ｇとコリメータレンズ２の組合せは紙面内および紙面垂直方向（図示せず）に複数個配列されているが、いずれも集光レンズ系５の光軸に対して平行に、その光射出方向が揃えられて配列されている。緑用光源１Ｇから射出した光束は、コリメータレンズ２によって平行光化され、平行光束３Ｇとしてダイクロイックミラー４に入射する。
【００２８】
ダイクロイックミラー４は、光源側から順に４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの３種類が順に配置されている。４Ｇはその面法線が平行光束３Ｇ（集光レンズ光軸）に対して４５°傾けて配置されている。４Ｒと４Ｂは４Ｇに対してθ（度）だけ傾き角を変えて配置されており、それぞれその面法線角度を４５°＋θ、４５°−θとして配置されている。
【００２９】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの分光反射特性を示す図である。
【００３０】
４Ｒおよび４Ｇは青帯域に関して反射特性を有しておらずまた入射角度によって反射特性に大きな変化がないように設計されているため、波長４４８ｎｍの平行光束３Ｇはそのまま透過する。
【００３１】
一方、４Ｂは入射角度に応じた反射帯域のシフトが大きくなるよう設計されている。ダイクロイックミラーの反射帯域は一般に入射角度がきつくなるとその帯域を広げながら短波長側にシフトする。その度合いは膜材料や膜の構成によってある程度の調整可能である。平行光束３Ｇはダイクロイックミラー４Ｂに対して４５°−θの角度で入射する。このとき図５（４Ｂ）に示されるように４５°−θの入射角度では、波長４４８ｎｍは反射帯域から外れており平行光束３Ｇはそのまま透過する。
【００３２】
結果として、平行光束３Ｇはそのままダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを透過して集光レンズ系５に入射する。
【００３３】
集光レンズ系５は入射した複数の平行光束３Ｇを１点に集光する。集光点には拡散反射面６Ｇが配置されている。拡散反射面６Ｇは、４４８ｎｍの光を励起光として緑の蛍光を発する蛍光層であり、集光した光束３Ｇを緑帯域にスペクトルを有した拡散反射光７Ｇに変換して拡散反射する。
【００３４】
図６（Ａ）は光源１から拡散反射面６までの分光スペクトルを、図６（Ｂ）は拡散反射面６で反射されてから光源装置を射出するまでの分光スペクトルを示している。図６（Ａ）における４４８ｎｍを中心としたレーザースペクトルは、緑用光源１Ｇの射出スペクトルを示しており、このスペクトルは拡散反射後の図６（Ｂ）においては緑用蛍光体のスペクトルに変換されている。
【００３５】
図２（Ｂ）は、拡散反射面６Ｇによって拡散反射されてから光源装置から射出されるまでの光路図である。拡散反射光７Ｇは集光レンズ系５を再び通過することで平行光化され、再びダイクロイックミラー４に到達する。図５に示すように、ダイクロイック４Ｂは緑帯域には反射特性を有していないため、そのまま透過する。ダイクロイックミラー４Ｇは緑帯域を反射する特性であるため、拡散反射光７Ｇを反射、照明光学系に導く。
【００３６】
図３（Ａ）は、赤用光源１Ｒから射出した光源光が拡散反射面６Ｒまで至る光路図である。赤用光源１Ｒは６３８ｎｍの赤レーザー光源である。赤用光源１Ｒの直後にはコリメータレンズ２が配置されており、レーザー射出後の光束を平行光化する。赤用光源１Ｒとコリメータレンズ２の組合せは紙面垂直方向（図示せず）に複数個配列されているが、いずれも集光レンズ系５の光軸に対して２θだけ傾けられて配列されている。
【００３７】
赤用光源１Ｒから射出した光束は、コリメータレンズ２によって平行光化され、平行光束３Ｒとなる。ダイクロイックミラー４は、平行光束３Ｒの光路に干渉しないよう形状および配置が設定されており、したがって平行光束３Ｒはダイクロイックミラー４の影響を受けずに集光レンズ５に入射する。集光レンズ系５は入射した平行光束３Ｒを１点に集光する。このとき平行光束３Ｒは集光レンズ系５の光軸に対して傾いているため、図２における平行光束３Ｇの集光点とは異なる位置に集光される。集光点には拡散反射面６Ｒが配置されている。
【００３８】
図３（Ｂ）は拡散反射面６Ｒによって拡散反射されてから光源装置から射出されるまでの光路図である。拡散反射面６Ｒは、表面がランダムな拡散形状を有した反射面になっており、斜入射してきた平行光束３Ｒを拡散させるとともにその進行方向を拡散反射面法線方向に変換して集光レンズ５に導く。拡散反射光７Ｒは集光レンズ系５を再び通過することで平行光化され、ダイクロイックミラー４に到達する。拡散反射光７Ｒはダイクロイックミラー４Ｒに４５°−θの角度で入射する。図５に示すように、ダイクロイック４Ｂ、４Ｇは赤帯域には反射特性を有していないため、そのまま透過する。ダイクロイックミラー４Ｒは赤帯域を反射する特性であるため、拡散反射光７Ｒを反射、照明光学系に導く。
【００３９】
図４（Ａ）は、青用光源１Ｂから射出した光源光が拡散反射面６Ｂまで至る光路図である。青用光源１Ｂは４６５ｎｍの青レーザー光源である。青用光源１Ｂの直後にはコリメータレンズが配置されており、レーザー射出後の光束を平行光化する。青用光源１Ｂとコリメータレンズ２の組合せは紙面垂直方向（図示せず）に複数個配列されているが、いずれも集光レンズ系５の光軸に対して−２θだけ傾けられて配列されている。
【００４０】
青用光源１Ｂから射出した光束は、コリメータレンズ２によって平行光化され、平行光束３Ｂとなる。ダイクロイックミラー４は、平行光束３Ｂの光路に干渉しないよう形状が設定されており、したがって平行光束３Ｂはダイクロイックミラー４の影響を受けずに集光レンズ５に入射する。集光レンズ系５は入射した平行光束３Ｂを１点に集光する。このとき平行光束３Ｂは集光レンズ系５の光軸に対して平行光束３Ｒとは逆方向に傾いているため、図２における平行光束３Ｇの集光点、図３における平行光束３Ｒの集光点とは異なる位置に集光される。集光点には拡散反射面６Ｂが配置されている。
【００４１】
図４（Ｂ）は拡散反射面６Ｂによって拡散反射されてから光源装置から射出されるまでの光路図である。拡散反射面６Ｂは、表面がランダムな拡散形状を有した反射面になっており、斜入射してきた平行光束３Ｂを拡散させるとともにその進行方向を拡散反射面法線方向に変換して集光レンズ５に導く。拡散反射光７Ｂは集光レンズ系５を再び通過することで平行光化され、ダイクロイックミラー４に到達する。
【００４２】
拡散反射光７Ｂはダイクロイックミラー４Ｂに４５°＋θの角度で入射する。図５に示す通り、ダイクロイックミラー４Ｂは４５°＋θの角度では、その反射帯域が短波長側にシフトしている。この結果、ダイクロイックミラー４Ｂは、拡散反射光７Ｂを反射、照明光学系に導く。
【００４３】
このようにして、光源装置は図６（Ｂ）に示す分光スペクトルを射出する。
【実施例２】
【００４４】
実施例２の光学装置は実施例１と同様の構成を有するが、青用光源１Ｂの発振波長が緑用光源１Ｇと同じであり、ダイクロイックミラー４Ｂの反射率特性が異なる点で異なる。図８は実施例２の分光スペクトルを示す図である。図６と異なり、図８（Ａ）では４６５ｎｍのスペクトルがなくなり、４４８ｎｍのスペクトルが増加している。４４８ｎｍのスペクトルは青用光源１Ｂと緑用光源１Ｇの合計光出力を示している。
【００４５】
図８（Ｂ）では、４４８ｎｍスペクトルのうち緑用光源１Ｇに相当する光出力が緑帯域の蛍光に変換されている。図８（Ｂ）と図６（Ｂ）を比較すると、青色の出力波長が、本実施例では短波長側にあることがわかる。
【００４６】
ダイクロイックミラー４Ｂは、図７（４Ｂ）に示す特性を有する。即ち、入射角４５°−θの際には４４８ｎｍ±１０ｎｍは完全に透過し、４５°＋θの入射角の際には４４８ｎｍ±１０ｎｍを完全に反射する特性にする必要がある。この特性は、第一実施例に比べて反射領域のシフト量がさらに大きくなっているが、例えば、膜材料や膜構成の選定によって、または入射角度差θを大きくとることによって実現することが可能である。本実施例は実施例１に対して、光源の種類が少なく済むため電気的な制御が容易になるという利点がある。
【実施例３】
【００４７】
図９は、実施例３の光源装置の光路図である。本実施例は、ダイクロイックミラー４の配置が異なる点で実施例１、２と相違する。光源波長および拡散反射面で反射後の分光スペクトルは実施例２と同じである。
【００４８】
本実施例におけるダイクロイックミラー４は、光源側から順に４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの３種類が順に配置されている。４Ｇはその面法線が平行光束３Ｇ（集光レンズ光軸）に対して４５°傾けて配置されている。４Ｒと４Ｂは４Ｇに対してθだけ傾き角を変えて配置されており、それぞれその面法線角度を４５°−θ、４５°＋θとして配置されている。
【００４９】
図１０は、ダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの分光反射特性を示す図である。４Ｒおよび４Ｇは青帯域に関して反射特性を有しておらずまた入射角度によって反射特性に大きな変化がないように設計されているため、波長４４８ｎｍの平行光束３Ｇはそのまま透過する。一方、４Ｂは入射角度に応じた反射帯域のシフトが大きくなるよう設計されている。本実施例においては平行光束３Ｇ（４４８ｎｍ）がダイクロイックミラー４Ｂを４５°＋θで通過し、復路では４５°−θで反射するようダイクロイックミラーの反射特性が設定されている。
【実施例４】
【００５０】
図１２は実施例４の光源装置の実施例である。本実施例は、光源光束が集光レンズ５に対して異なる角度で入射する。集光位置は単一の蛍光体となっており、これまでの実施例とはことなる。このとき各光源の集光スポット直径Sに対して、集光レンズ系の焦点距離ｆとするとｆ・tanθ＞Sを満たす角度θで光源光束角度を設定する。これにより各スポットが重なりあわないようにすることができる。これを下回ると各集光スポットが重なりあってしまう。蛍光体は温度が高くなると効率が低下する。さらには焦げ付きなどを発生する場合もあり、できるだけ光密度を落とすことが重要である。上記条件を満たすよう光源光束に角度を付けることで光密度を低減せしめ、耐久性の向上や効率の改善を図ることが可能になる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５２】
例えば、光源１は複数個がアレイ状に配列されているが、１つでもよい。また、レーザー光源の代わりにＬＥＤなどの他の個体光源装置を用いることも可能である。赤および青は、レーザー光源光をそのまま用いているが、これについても緑と同様蛍光体による発色を適用することも可能である。また、光源波長やダイクロイックミラーの特性は任意に変更可能である。拡散反射面の光源像も３つに限らない。また、ダイクロイックミラーの配置は集光レンズに対して４５°を中心に設定されているが、４５°に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光源装置は、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１Ｇ…緑用光源（第１の光源）、１Ｒ…赤用光源（第２の光源）、４Ｇ…ダイクロイックミラー（第１の導光素子）、４Ｒ…ダイクロイックミラー（第２の導光素子）、５…集光レンズ系（集光光学系）、６Ｇ…拡散反射面（第１の特性変更素子）、６Ｒ…拡散反射面（第２の特性変換素子）
【図１】
2015082025.tif 000003
【図２】
2015082025.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月15日(2014.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光束を射出する第１の光源と、
第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１の光源から射出された前記第１の光束を第１の位置に集光し、前記第２の光源から射出された前記第２の光束を前記第１の位置とは異なる第２の位置に集光する集光光学系と、を有し、
前記集光光学系は、前記第１の光束と前記第２の光束が該集光光学系に対して互いに異なる角度で入射するように配置されている、ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１の位置に配置され、前記第１の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する第１の特性変更素子と、
前記第２の位置に配置され、前記第２の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する第２の特性変更素子と、
前記第１の特性変更素子から前記集光光学系を通った光束を導光する第１の導光素子と、
前記第１の導光素子とは異なる位置に配置され、前記第２の特性変更素子から前記集光光学系を通った光束を導光する第２の導光素子と、
を更に有す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の導光素子と前記第２の導光素子は、それぞれ異なる分光反射特性を有するダイクロイックミラーであ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の導光素子の前記ダイクロイックミラーの反射面と前記第２の導光素子の前記ダイクロイックミラーの反射面は互いに異なる角度で配置されてい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２の導光素子の前記ダイクロイックミラーは、前記第２の光束の前記第２の導光素子への入射角度によって反射帯域が変化することを特徴とする請求項３または４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の特性変更素子と前記第２の特性変更素子のうち一方は、入射光を励起光として蛍光を発する蛍光層を有し、他方は拡散反射面を有することを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１の特性変更素子は前記第１の光束の波長帯域を変更する素子であって、
前記第１の光束は前記第１の導光素子を透過して前記集光光学系に入射し、
前記第２の特性変更素子は前記第２の光束の光路を変更する素子であって、
前記第２の光束は前記第２の導光素子を通らずに前記集光光学系に入射することを特徴とする請求項２乃至６のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
複数の第１の光源のアレイと、複数の第２光源のアレイと、
を有し、前記第１の光源のアレイと前記第２光源のアレイは前記集光光学系の光軸に対して異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の光束と前記第２の光束は波長帯域が異なることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１の光束と前記第２の光束は波長帯域が同じであることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第１の導光素子と前記第２の導光素子は、前記集光光学系による集光位置を物体位置としたときの瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項２乃至１０のうちいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１の光束及び前記第２の光束と波長が異なる第３の光束を射出する第３の光源と、
前記第１の位置及び前記第２の位置と異なる位置に配置され、前記第３の光束の波長帯域と光路の少なくとも一方を変更して反射する第３の特性変更素子と、
前記第１の導光素子及び前記第２の導光素子と異なる位置に配置され、前記第３の特性変更素子から前記集光光学系を通った光束を導光する第３の導光素子と、
を更に有することを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第３の特性変更素子は前記第３の光束の光路を変更する素子であって、
前記第３の光束は前記第３の導光素子を通らずに前記集光光学系に入射することを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の光源装置を有する投射型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
特許文献１は、固体光源の光を励起光として蛍光層によって生成される蛍光を緑光として用い、また、固体光源の光をそのまま赤光および青光として用い、ダイクロイックミラーにより光路合成する白色光源装置を開示している。いずれの光路も複数の光源光から発する光を一度レンズ系によって集光させ、赤、青光はスペックル除去のためのディフューザーを、緑光は蛍光層を通過させて再びレンズ系により平行光化する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図１１は、本実施形態の液晶プロジェクタの光路図である。液晶プロジェクタは投射型表示装置（画像表示装置）の一例である。本実施形態の液晶プロジェクタは、光源２０１、ダイクロイックミラー２０２、２０３、ミラー２０４、偏光ビームスプリッタ２０５、２０６、２０７、液晶パネル２０８、２０９、２１０、Ｘプリズム（クロスダイクロイックプリズム）２１１、投影レンズ（投射光学系）２１２を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
第１の導光素子は、第１の特性変更素子から集光光学系を通った光束を（例えば、照明光学系に）導光すると、第２の導光素子は、第１の導光素子とは異なる位置に配置され、第２の特性変更素子から集光光学系を通った光束を（例えば、照明光学系に）導光する。第１の導光素子と第２の導光素子は、それぞれ異なる分光反射特性を有するダイクロイックミラーであってもよいが、これに限定されず偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）などを使用してもよい。各ダイクロイックミラーの反射面は異なる角度で配置されてもよい。これにより、異なる集光位置からの光に対応することができる。また、第２の導光素子のダイクロイックミラーは、第２の光束の第２の導光素子への入射角度によって反射帯域が変化してもよい。第１の導光素子と第２の導光素子は、光束を重畳してもよい。第１の導光素子と第２の導光素子は、集光光学系による集光位置を物体位置としたときの瞳位置に配置されていてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図１は、実施例１の光源装置の光路図である。光源装置は、固体光源１、コリメータレンズ２、ダイクロイックミラー４、集光レンズ系５、拡散反射面６を有する。光源１から出射した光束は集光レンズ系５によって拡散反射面６に集光され、拡散反射面６で拡散反射されたのち集光レンズ系５によって平行光化され、ダイクロイックミラー４によって反射され、照明光学系に導かれる。本実施例では、一つの集光レンズ系（集光光学系）５で二つ以上の集光スポットを形成して小型軽量化を実現している。但し、本発明の集光光学系はミラーなどレンズ以外の光学素子が含まれることを禁止するものではない。図１（Ａ）は、光源１から拡散反射面６までの光路を、図１（Ｂ）は、拡散反射面６で反射した後の光路を示している。それぞれの番号後に付記されている記号Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれの素子や光束が最終的に光源装置から発せられるときの色と関連付けられており、それぞれ赤、緑、青に該当する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
一方、４Ｂは入射角度に応じた反射帯域のシフトが大きくなるよう設計されている。ダイクロイックミラーの反射帯域は一般に入射角度が大きくなるとその帯域を広げながら短波長側にシフトする。その度合いは膜材料や膜の構成によってある程度の調整可能である。平行光束３Ｇはダイクロイックミラー４Ｂに対して４５°−θの角度で入射する。このとき図５Ｃ（４Ｂ）に示されるように４５°−θの入射角度では、波長４４８ｎｍは反射帯域から外れており平行光束３Ｇはそのまま透過する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
例えば、光源１は複数個がアレイ状に配列されているが、１つでもよい。また、レーザー光源の代わりにＬＥＤなどの他の固体光源装置を用いることも可能である。赤および青は、レーザー光源光をそのまま用いているが、これについても緑と同様蛍光体による発色を適用することも可能である。また、光源波長やダイクロイックミラーの特性は任意に変更可能である。拡散反射面の光源像も３つに限らない。また、ダイクロイックミラーの配置は集光レンズに対して４５°を中心に設定されているが、４５°に限定されるものではない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015082025.tif 000015
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2015082025.tif 000017
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2015082025.tif 000018