(57)【要約】【課題】赤色出力光、緑色出力光、青色出力光の３色の波長域の出力光を得る照明装置において、青色光に半導体レーザーを用いた照明装置が提案されていたが、この照明装置を画像表示装置等に用いる場合は、青色の演色性に課題があるとともに、スペックルノイズにより画質が低下していた。【解決手段】赤色光と、緑色光と、青色光とを発する光源装置であって、前記青色光は、第１の青色光と、第２の青色光とからなり、前記赤色光を発する赤色固体光源と、前記緑色光を発する緑色固体光源と、前記第１の青色光を発する半導体レーザーと、前記第２の青色光を発する青色光生成部とを備え、前記第２の青色光は、前記第１の青色光よりも長波長の波長域の光を主成分とすることを特徴とする光源装置。【選択図】図１
2012008549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色光と、緑色光と、青色光とを発する光源装置であって、
前記青色光は、第１の青色光と、第２の青色光とからなり、
前記赤色光を発する赤色固体光源と、前記緑色光を発する緑色固体光源と、前記第１の青色光を発する半導体レーザーと、前記第２の青色光を発する青色光生成部とを備え、
前記第２の青色光は、前記第１の青色光よりも長波長の波長域の光を主成分とすることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記青色光生成部は、固体光源であるか、前記緑色固体光源より発せられる緑色光の短波長成分を分離する色分離部材であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の青色光の主波長が、４３５ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記第２の青色光の主波長が、４５５ｎｍ以上５１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項５】
前記第２の青色光は、発光ダイオードにより得られることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
前記第２の青色光は、蛍光体により得られることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
前記第２の青色光は、前記第１の青色光を励起光とする蛍光体からの発光であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項８】
前記緑色光は、発光ダイオード、蛍光体または半導体レーザーより得られることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項９】
前記色分離部材が、前記緑色光の短波長成分を分離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１記載の光源装置。
【請求項１０】
前記緑色光の主波長が、前記第２の青色光の主波長よりも長いことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第１の青色光と、前記第２の青色光とは、時間的に異なる期間に発光することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項１２】
さらに、赤色光と、緑色光と、第１の青色光と、第２の青色光とを合成し、照度を均一化する照度均一化部とを備えることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項１３】
前記照度均一化部は、ロッドインテグレータまたはレンズアレイであることを特徴とする請求項１２記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第１の青色光と前記第２の青色光との合成光の主波長が、４５５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載の光源装置。
【請求項１５】
請求項１２記載の光源装置と、リレー光学系とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１２記載の光源装置と、リレー光学系と、外部からの画像信号を表示し前記照明装置の合成光を照射する空間光変調素子と、前記空間光変調素子を透過または反射した画像をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色レーザーを用いた光源装置に関するものであり、特に画像表示装置において使用する赤色、緑色、青色の色光を合成して射出する照明装置に用いる光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、様々な映像等をスクリーンに拡大投影する画像表示装置としてのプロジェクターが広く普及している。光源から射出された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、あるいは、液晶表示素子といった空間光変調素子に集光させ、映像信号によって変調された空間光変調素子からの射出光をスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。
【０００３】
プロジェクターにおいて明るくて大画面の映像を得るために、従来、高輝度の放電ランプが光源として使用されてきたが、ランプを光源とした場合、光源の寿命が短くメンテナンスが煩雑になる、連続スペクトルにより構成される白色光を赤・緑・青の３原色に分離するために光学系が複雑になりやすく色再現範囲が狭い、といった問題点がある。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、放電ランプの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーなどの固体光源を用いた照明装置、およびその照明装置を用いた新しい画像表示装置が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
ＬＥＤ光源は、放電ランプに比べて寿命が長く、また発光スペクトル幅も比較的狭帯域であるため、広い色再現範囲を確保できる。しかしながら、発光部における単位面積あたりの発光輝度が低いため、明るい照明装置を得ることが難しいという問題点がある。
【０００６】
一方、レーザー光源は、干渉性が高いためにスペックルノイズが生じて画質が劣化するという問題点があるものの、放電ランプに比べて寿命が長く、その単色性により広い色再現範囲を確保できる上、レーザー光は光密度が高くて指向性も高いために、明るい照明装置を構成することが可能である。
【０００７】
小型で高効率の実用的なレーザー光源として、半導体レーザーが挙げられる。赤色および青色の波長帯域の半導体レーザーが既に実用化されている。一方、緑色の波長帯域では現在のところ高出力の半導体レーザーは実用化されておらず、レーザー光源を用いて緑色照明光を得るには、赤外レーザー光の第二高調波を用いる方法が一般的である。
【０００８】
現在実用化されている青色波長帯域の半導体レーザーは、ＧａＮ系の半導体レーザーである。ＧａＮ系の半導体レーザーは、発振波長約４０５ｎｍの光ディスク用紫色レーザーとして広く普及しているが、このレーザーは、発振波長が長くなると発光効率が低下するために高出力の光を得にくいという特徴を有する。逆に、青色から紫色へと波長が短くなると発光効率は向上するが、人間の目の視感度が低下する上に、高出力動作時においてはレーザーの信頼性が低下するという課題を有している。そのため、ＧａＮ系半導体レーザーを用いて青色光を出力する場合には、発振波長を４４０〜４５０ｎｍくらいに選ぶことが妥当である。これよりも長波長あるいは短波長になると、高出力化と高信頼性との両立が難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２９３５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、赤色、緑色、青色の３色の色光の合成によって白色光を出力する照明装置では、発振波長が４４０〜４５０ｎｍの青色レーザー光を用いた場合、演色性に問題がある。発振波長がそれぞれ４４５ｎｍ、５３２ｎｍ、６４０ｎｍのレーザー光を用いた照明装置の色再現範囲と、国際電気標準会議（ＩＥＣ）が定めた色空間の国際標準規格であるｓＲＧＢ規格の色域について、国際照明委員会（ＣＩＥ）のｘｙ色度図を用いて図１２に示す。実線で示した三角形１０１が３色のレーザー光により得られる照明装置の色再現範囲、点線で示した三角形１０２がｓＲＧＢ規格の色再現範囲である。
【００１１】
ｓＲＧＢ規格は各種ディスプレイ機器にて最も一般的に使用されている色規格であり、照明装置をプロジェクターといった画像表示装置に適用する場合は、その照明装置の色再現範囲はｓＲＧＢ規格の色域を包含していることが望ましい。
【００１２】
ところが、図１２に示すように、青色光源として青色半導体レーザーを使用した場合は、その波長が短いために、青色のｘｙ色度座標について、ｘ座標は大きく、ｙ座標は小さくなり、ｓＲＧＢ色域を完全に包含することができない。具体的な演色性としては、４５０ｎｍ以下の単色光はかなり紫がかった色味をしており、やや不自然な青色光となる。
【００１３】
本発明は上記のような事情を鑑みたものであり、レーザー光の特徴を生かした高効率の照明光を得るとともに、青色の演色性を改善し、さらにはスペックルノイズを低減した照明装置を得ることのできる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる光源装置は、赤色光と、緑色光と、青色光とを発する光源装置であって、上記青色光は、第１の青色光と、第２の青色光とからなり、上記赤色光を発する赤色固体光源と、上記緑色光を発する緑色固体光源と、上記第１の青色光を発する半導体レーザーと、上記第２の青色光を発する青色光生成部とを備え、上記第２の青色光は、上記第１の青色光よりも長波長の波長域の光を主成分とすることを特徴とする。
【００１５】
このような構成にすることで、赤色出力光、緑色出力光、青色出力光の３色の光の合成により白色光を出力する照明装置に使用できる光源装置として、第１の青色光の光源である青色半導体レーザーの波長が短い場合に、青色レーザー光よりも波長の長い第２の補助的な青色光を加え、それらの加法混色により青色出力光を構成することができる。
【００１６】
特に、上記第１の青色光の主波長が、４３５ｎｍ以上４５５ｎｍ以下であることや、上記第２の青色光の主波長が、４５５ｎｍ以上５１０ｎｍ以下であることを特徴とする。さらに、上記第１の青色光と、上記第２の青色光の合成により得られる青色出力光の主波長が、４５５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
例えば、ＧａＮ系青色半導体レーザーを用いて高出力の青色光を得る場合の実用的なレーザー発信波長は４３５ｎｍ以上４５５ｎｍ以下の領域であり、第１の青色光の主波長がこの波長域にある場合、本発明は特に好適である。その際に、第２の青色光として、主波長が４５５ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である光が好適である。
【００１８】
これら第１と第２の青色光の混色として得られる青色出力光は、その主波長が４５５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下となるように、２つの青色光の光スペクトルと強度比を調整することが好ましい。このような強度比にすることで、第１の青色光の紫がかった色度を改善することができる。特に好ましくは、青色出力光の主波長が４６０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下となるように、第１および第２の青色光の光スペクトルと強度比を調整することが好ましい。色度をこのような主波長に調整することで、ｓＲＧＢ規格を包含できる演色性に優れた青色出力光を得ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明にかかる光源装置は、上記第２の青色光の光源が、発光ダイオードや蛍光体といった固体光源であること、上記第２の青色光が、上記第１の青色光の光源を励起光源とする蛍光体からの発光により構成されること、上記緑色出力光を得るための緑色光源が、発光ダイオード、蛍光体のいずれかの固体光源により構成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、主たる第１の青色光として固体光源である半導体レーザーを用いた光源装置であり、その長所を生かした光源装置を構成するにあたっては、第２の青色光および緑色光を得るための光源としては、固体光源である発光ダイオードや蛍光体を用いるのが好適である。
【００２１】
また、本発明にかかる光源装置は、上記第２の青色光は、上記緑色光源からの光の一部をダイクロイックミラー等の色分離部材によって分離して得られ、上記緑色出力光の主波長が、上記第２の青色光の主波長より長いことを特徴とする。
【００２２】
緑色光源として発光ダイオードや蛍光体を用いることができるが、それらは緑色の波長域にピークがある適度なスペクトル拡がりを有する光源である。そこで、その発光スペクトル成分のうち、ダイクロイックミラーによって短波長成分を分離し、第２の青色光として使用することが可能である。
【００２３】
また、本発明にかかる光源装置は、上記第１の青色光と、上記第２の青色光は、時間的に異なる期間に発光することを特徴とすることもできる。このような構成にすることで、時間平均として２つの青色光の混色となる光を、青色出力光として得ることが可能である。
【００２４】
また、本発明にかかる光源装置は、上記光源装置から発せられる赤色光と、緑色光と、第１の青色光と、第２の青色光とを合成し、照度を均一化する照度均一化部をさらに備えることを特徴とし、上記照度均一化部は、ロッドインテグレータ、あるいは、レンズアレイであることを特徴とする。
【００２５】
上記照明装置と、リレー光学系とから、照明装置を構成することができる。
【００２６】
上記照明装置と、空間光変調素子と、上記空間光変調素子から射出された画像をスクリーンに投射する投射光学系とから、画像表示装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、長寿命で水銀を要しない固体光源を用いて、赤色、緑色、青色の適切な色度を有する演色性に優れた照明装置に使用できる光源装置を実現できる。また、これを利用した照明装置および画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図
【図２】第１の実施の形態における光源装置からの出力光のスペクトルを示す説明図
【図３】第２の実施の形態における光源装置およびそれを用いた画像表示装置の構成図
【図４】第２の実施の形態における光源装置からの出力光のスペクトルを示す説明図
【図５】第３の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図
【図６】第３の実施の形態における光源装置からの出力光のスペクトルを示す説明図
【図７】第４の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図
【図８】第４の実施の形態における光源装置のガラス基材のセグメント構成を示す説明図
【図９】第４の実施の形態における光源装置らの出力光のスペクトルを示す説明図
【図１０】第５の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置の構成図
【図１１】第５の実施の形態における光源装置のガラス基材のセグメント構成を示す説明図
【図１２】レーザーを用いた画像表示装置およびｓＲＧＢ規格の色再現範囲を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明にかかる光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
第１の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図を図１に示す。本画像表示装置は、照明装置２０と、その他の画像表示装置を構成する光学素子等により構成されている。
【００３１】
ガラス基材２００は、その片側の表面に可視光を高効率で反射するダイクロイックコートが施されており、さらにその上に、緑色の蛍光を発する蛍光体２０１が薄膜上に塗布されている。蛍光体の薄膜の作製方法は特に限定されないが、沈降法や印刷法などが挙げられる。図１中に示したように、ｘｙｚ座標軸をとると、ガラス基材２００は回転部２０２によってｚ軸に沿って回転可能となっている。
【００３２】
励起光源２０３は、波長約４４５ｎｍ付近で発振する青色半導体レーザーであり、高輝度の光源装置を実現するために、複数個のレーザーダイオードにより構成されている。本実施の形態では、５×５個のマトリクス上に合計２５個のレーザーダイオードが配置されているが、その数は特に限定されるものではなく、取り出したい蛍光の強度に応じて適宜設定される。図１中に示したように、すべてＰ偏光に調整されている。
【００３３】
励起光源２０３から発せられた励起光は、コリメートレンズアレイ２０６によってコリメートされる。コリメートレンズアレイ２０６の各レンズセルに対して、１つのレーザーダイオードが配置されている。コリメートされたレーザー光は、ダイクロイックミラー２１３を通過した後、集光レンズ２０７、２０８によって蛍光体２０１上に集光される。複数のレーザーダイオードから発せられる全てのビームが、蛍光体２０１上で、ある大きさ以下のスポット径になるように、コリメートレンズアレイ２０６と集光レンズ２０７、２０８が調整されている。本実施の形態では、φ３ｍｍ程度のスポット径に調整した。ここでは、集光レンズは１群２枚のレンズにより構成されているが、１枚のレンズによって構成されても、あるいは３枚以上のレンズによって構成されてもかまわない。
【００３４】
蛍光体２０１はガラス基材２００の円周全面に塗布されており、ｚ軸に沿ってガラス基材２００が回転しても、常に蛍光体上に励起光が照射されるようになっている。蛍光体２０１から＋ｚ方向に発された緑色の蛍光は、集光レンズ２０７、２０８によって略コリメートされ、ダイクロイックミラー２１３によって反射される。
【００３５】
蛍光体２０１では全ての励起光が緑色蛍光へと波長変換されるわけではなく、未変換の青色光が存在する。蛍光体２０１に入射された青色励起光のうち、未変換であった青色光は、再び集光レンズ２０７、２０８を通過して略コリメートされる。未変換の青色光は、蛍光体２０１によって散乱された散乱光であり、蛍光体に入射時とは、偏光方向が異なった光が存在する。そこで、未変換だった青色光でダイクロイックミラー２１３に再入射する成分のうち、Ｓ偏光成分はダイクロイックミラー２１３によって反射され、これが第１の青色光となる。
【００３６】
青色光源２０４は、励起光源２０３からの青色光よりも波長が長く、蛍光体２０１からの緑色蛍光よりも波長が短い波長帯の光を主成分とする、ＬＥＤ光源である。本実施の形態では、主波長４６２ｎｍのＬＥＤを使用した。青色光源２０４から出射された青色光はコリメートレンズ２０９、２１０によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー２１３を通過する。これが第２の青色光となる。すなわち、本実施の形態では、第１の青色光は青色半導体レーザーである励起光源２０３より得られ、第２の青色光は、固体光源である青色ＬＥＤ（青色光源２０４）が青色光生成部として機能することによって得られることを特徴とする。
【００３７】
ダイクロイックミラー２１３は、励起光源２０３の波長帯においてはＰ偏光では高透過、Ｓ偏光では高反射となり、青色光源２０４からの光の主たる波長帯、および、蛍光体２０１からの蛍光の主たる波長帯においては、Ｐ偏光Ｓ偏光にかかわらず高反射となるような特性を有するダイクロイックミラーである。
【００３８】
なお、図による説明は省略するが、本実施の形態で用いたダイクロイックミラーの特性を反転させ、青色光源２０４からの光と蛍光体２０１からの緑色蛍光において高透過の特性を有するダイクロイックミラーを用い、かつ、励起光源をＳ偏光の配置として、本実施の形態と本質的に等価な光学系を構成することも可能である。
【００３９】
赤色光源２０５は、主波長６２３ｎｍの赤色ＬＥＤであり、その出射光は、コリメートレンズ２１１、２１２によってコリメートされる。
【００４０】
緑色蛍光、第１および第２の青色光はダイクロイックミラー２１４で反射される。一方、赤色光源２０５からの赤色光はダイクロイックミラー２１４を透過する。
【００４１】
空間的に合成された上述の光は、照度均一化部を構成する第１のインテグレータレンズアレイ２１５、第２のインテグレータレンズアレイ２１６、偏光変換素子２１７、集光レンズ２１８を通過した後、波長域毎に空間的に分離される。本実施の形態においては、以上の構成により赤色光、緑色光、第１の青色光および第２の青色光を発する光源装置が構成される。
【００４２】
次に、リレー光学系を構成する各構成について説明する。ダイクロイックミラー２１９は、第１および第２の青色光を反射し、緑色光、赤色光を透過する特性を有するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２１９で反射された青色光はリレーレンズ２２０と反射ミラー２２１を経て、青色出力光として照明装置２０の外部へと出射される。
【００４３】
ダイクロイックミラー２１９、リレーレンズ２２２を通過した光のうち、緑色蛍光は、ダイクロイックミラー２２３によって反射され、緑色出力光として照明装置２０の外部へと出射される。また、ダイクロイックミラー２２３を透過した赤色光は、リレーレンズ２２４、２２６、および、反射ミラー２２５、２２７を経て、赤色出力光として、照明装置２０の外部へと出射される。
【００４４】
ここで、照明装置２０からの３色の出力光である、赤色出力光、緑色出力光、青色出力光の光スペクトルを図２に示す。
【００４５】
赤色出力光、緑色出力光は、それぞれ赤色ＬＥＤおよび緑色蛍光体の発光スペクトルを反映したスペクトル形状となっている。
【００４６】
青色出力光は、図２に示されているように、二つのピークを有するスペクトル形状となっている。４４５ｎｍ付近にピークを有する短波長成分が、第１の青色光のスペクトルであり、４６２ｎｍ付近にピークを有する長波長成分が、第２の青色光のスペクトルである。これら第１の青色光と第２の青色光の和により青色出力光が構成されている。第１の青色光のｘｙ色度座標はｘ＝０．１６１、ｙ＝０．０１４であり、第２の青色光のｘｙ色度座標はｘ＝０．１３９、ｙ＝０．０５３である。その混色により得た青色出力光のｘｙ色度座標はｘ＝０．１５１、ｙ＝０．０３１であり、青色の演色性が改善されている。
【００４７】
照明装置２０から出力される３色の照明光は、フィールドレンズ２２８、２２９、２３０と、入射側偏光板２３１、２３２、２３３を通過した後、青色用液晶表示素子２３４、緑色用液晶表示素子２３５、赤色用液晶表示素子２３６へと入射される。
【００４８】
これら液晶表示素子によって入力映像信号に応じて変調された信号光は、出射側偏光板２３７、２３８、２３９を通過した後、クロスダイクロイックプリズム２４０へと入射される。クロスダイクロイックプリズム２４０によって赤色、緑色、青色の３色の変調信号光は空間的に合波され、投射レンズ２４１によってスクリーン（図示せず）へと拡大投影される。
【００４９】
（実施の形態２）
第２の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図を図３に示す。本実施の形態の画像表示装置は、第１のインテグレータレンズアレイ３１１以降のダイクロイックミラー３１５の特性以外は実施の形態１の構成と等価であるので、重複する箇所については説明を省略する。
【００５０】
使用している光源についての実施の形態１との違いは、青色ＬＥＤの有無である。本実施の形態では、青色ＬＥＤを使用していない。
【００５１】
励起光源３０３は、波長約４４５ｎｍ付近で発振する青色半導体レーザーであり、すべてＳ偏光となるように調整されてある。励起光源３０３から発せられた励起光は、コリメートレンズアレイ３０５によってコリメートされ、ダイクロイックミラー３１０で反射された後、集光レンズ３０６、３０７によって緑色の蛍光を放つ蛍光体３０１上に集光される。ダイクロイックミラー３１０は、緑色蛍光は高効率で透過し、赤色光の波長帯域は高効率で反射する特性を有するダイクロイックミラーである。励起光の波長帯域においては、Ｐ偏光は高透過、Ｓ偏光は高反射となる特性を有している。
【００５２】
蛍光体３０１はガラス基材３００の円周全面に塗布されており、ｚ軸に沿ってガラス基材３００が回転する。蛍光体３０１から−ｚ方向に発された緑色の蛍光は、集光レンズ３０６、３０７によってコリメートされ、ダイクロイックミラー３１０を透過する。また、蛍光体３０１に入射された青色励起光のうち、未変換であった青色光のＰ偏光成分は、集光レンズ３０６、３０７を通過してコリメートされた後、ダイクロイックミラー３１０を透過する。
【００５３】
赤色光源３０４は、主波長６２３ｎｍの赤色ＬＥＤであり、その出射光は、コリメートレンズ３０８、３０９によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー３１０で反射される。
【００５４】
ダイクロイックミラー３１０によって空間的に合成された未変換の励起光、緑色蛍光、赤色ＬＥＤ光は、照度均一化部を構成するインテグレータレンズアレイ３１１等を通過した後、ダイクロイックミラー３１５によって再び空間的に分離される。
【００５５】
照明装置３０から出力され、赤色、青色、緑色の液晶表示素子へと入射される３色の出力光のスペクトルを図４に示す。本実施の形態では、緑色蛍光体として、実施の形態１で使用した蛍光体よりも短波長成分を多く有する蛍光体を使用した。
【００５６】
ダイクロイックミラー３１５のカットオフ波長を約５０５ｎｍに選ぶことにより、蛍光の短波長成分がダイクロイックミラーによって反射されるため、この反射光成分を第２の青色光として使用することが可能である。すなわち、本実施の形態では、第１の青色光は青色半導体レーザーである励起光源３０３から発せられ、かつ、蛍光体３０１により変換されなかった青色励起光として得られ、第２の青色光は、蛍光体３０１を固体光源として得られた緑色の蛍光のうち、ダイクロイックミラー３１５が色分離部材（青色生成部）として機能することによって、当該色分離部材によって反射された短波長成分より得られることを特徴とする。
【００５７】
第１の青色光である未変換の励起光は主波長４４５ｎｍ、ｘｙ色度座標はｘ＝０．１６１、ｙ＝０．０１４である。蛍光の一部のスペクトル成分により構成される第２の青色光は、主波長４８７ｎｍ、ｘｙ色度座標はｘ＝０．０９８、ｙ＝０．４１４である。そして、この二つの光の混色により得られる青色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．１５３、ｙ＝０．０６４である。また、赤色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．６９９、ｙ＝０．３０１であり、緑色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．２５２、ｙ＝０．６９４である。すなわち、本実施の形態の照明装置から出力される３色の光は、ｓＲＧＢ規格をほぼ包含する色再現範囲を有する演色性に優れた照明光である。
【００５８】
（実施の形態３）
第３の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図を図５に示す。本実施の形態の画像表示装置は、第１のインテグレータレンズアレイ４１０以降のダイクロイックミラー４１４の特性以外は実施の形態１の構成と等価である。
【００５９】
本実施の形態では、緑色光源４００として、緑色蛍光体の代わりに、緑色ＬＥＤを使用した。赤色光源４０２は、赤色ＬＥＤであり、第１の青色光の励起光源４０１は波長約４４５ｎｍ付近で発振する青色半導体レーザーである。これら３色の光はコリメートレンズによってコリメートされた後、ダイクロイックミラー４０８、４０９によって空間的に合波される。そして、照度均一化部を構成する第１のインテグレータレンズアレイ４１０へと入射されるのは実施の形態１と同様である。
【００６０】
ダイクロイックミラー４０８は、赤色の波長帯域において高反射、緑色から青色の波長帯域において高透過となる特性を有するダイクロイックミラーである。一方、ダイクロイックミラー４０９は、青色の波長帯域において高反射、緑色から赤色の波長帯域において高透過となる特性を有するダイクロイックミラーである。
【００６１】
ダイクロイックミラー４１４のカットオフ波長を約５０５ｎｍに選ぶことにより、緑色ＬＥＤ光の短波長成分がダイクロイックミラーによって反射されるため、この反射光成分を第２の青色光として使用することが可能である。すなわち、本実施の形態では、第１の青色光は青色半導体レーザーである励起光源４０１より得られ、第２の青色光は、緑色ＬＥＤ（緑色光源４００）より発せられた緑色ＬＥＤ光のうち、ダイクロイックミラー４１４が色分離部材（青色生成部）として機能することによって、当該色分離部材によって反射された短波長成分より得られることを特徴とする。照明装置４０から出力され、赤色、青色、緑色の液晶表示素子へと入射される光のスペクトルを図６に示す。
【００６２】
第１の青色光である未変換の励起光は主波長４４５ｎｍ、ｘｙ色度座標はｘ＝０．１６１、ｙ＝０．０１４である。緑色ＬＥＤの一部のスペクトル成分により構成される第２の青色光は、主波長４９８ｎｍ、ｘｙ色度座標はｘ＝０．０７９、ｙ＝０．４６９である。そして、この二つの光の混色により得られる青色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．１５３、ｙ＝０．０５８であり、青色の演色性が改善されている。また、赤色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．６９９、ｙ＝０．３０１であり、緑色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．１８５、ｙ＝０．７４３である。
【００６３】
（実施の形態４）
第４の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置ならびに画像表示装置の構成図を図７に示す。
【００６４】
円盤状のガラス基材５００は、その片側の表面が４つのセグメント領域に空間的に分割されており、そのうち２つのセグメント領域に緑色蛍光体５０１が薄膜上に塗布されている。そのセグメント分割の模式図を図８に示す。セグメント６０１およびセグメント６０４は何も塗布されていないセグメント、セグメント６０２およびセグメント６０３は緑色蛍光体が塗布されているセグメントである。ｚ軸に沿ってガラス基材５００が回転するように回転部５０２を備えている。
【００６５】
励起光源５０３は、波長約４４５ｎｍ付近で発振する青色半導体レーザーであり、第１の青色光の光源である。励起光源５０３から発せられた励起光は、コリメートレンズアレイ５０５によってコリメートされ、ダイクロイックミラー５１２を通過した後、集光レンズ５０６、５０７によって蛍光体５０１上に集光される。
【００６６】
赤色光源５０４は、主波長６２３ｎｍの赤色ＬＥＤであり、その出射光は、コリメートレンズ５０８、５０９によってコリメートされる。
【００６７】
ガラス基材５００が回転制御されることによって、励起光が照射されるセグメントは、６０１、６０２、６０３、６０４、そして再び６０１へと周期的に変化する。
【００６８】
セグメント６０１上に励起光が照射される時間領域では、励起光強度は相対的に低く設定されるか０となり、替わりに赤色光源が点灯する。セグメント６０２、６０３、６０４上に励起光が照射される時間領域では、励起光強度はセグメント６０１上に照射される強度に比べて、相対的に大きく設定される。
【００６９】
セグメント６０２に対応するガラス基板５００表面上は、励起光および緑色蛍光において高反射となるようなダイクロイックコートが施されており、その上に緑色蛍光体５０１が塗布されている。
【００７０】
セグメント６０３上に励起光が照射される時間領域では、励起光および緑色蛍光において高透過となるような基板上に緑色蛍光体５０１が塗布されてあり、さらに蛍光体の上には、励起光において高透過、緑色蛍光体において高反射となるようなダイクロイックコートが配置されている。そのため、本セグメントでは、緑色蛍光は、励起光源５０３と反対側に出射される。ガラス基材５００を透過して反対側に出射された緑色蛍光は、コリメートレンズ５１０、５１１でコリメートされた後、反射ミラー５１３、５１４で反射された後で、ダイクロイックミラー５１５へと入射される。
【００７１】
セグメント６０４上に照射された励起光は、そのままガラス基材５００を透過し、セグメント６０３によって発された緑色蛍光と同様に、コリメートレンズ５１０、５１１、反射ミラー５１３、５１４を介してダイクロイックミラー５１５へと入射される。
【００７２】
ダイクロイックミラー５１５は、波長５２０ｎｍ付近にカットオフ波長を有するダイクロイックミラーであり、カットオフ波長よりも短波長側では高透過、カットオフ波長よりも長波長側では高反射となる特性を有している。
【００７３】
そのため、セグメント６０２により発せられる緑色蛍光の主たる波長成分と、赤色ＬＥＤ光はダイクロイックミラー５１５により反射される。一方、ガラス基材５００を透過する光については、セグメント６０４により得られる青色の励起光はダイクロイックミラー５１５を透過する。さらに、セグメント６０３により得られる緑色蛍光のうち、一部の光はダイクロイックミラー５１５を透過し、この緑色蛍光の短波長成分が、第２の青色光の成分となる。すなわち、本実施の形態では、第１の青色光は青色半導体レーザーである励起光源５０３より得られ、第２の青色光は、セグメント６０３の緑色蛍光体により得られる緑色蛍光のうち、ダイクロイックミラー５１５が色分離部材（青色生成部）として機能することによって、当該色分離部材を透過する短波長成分より得られることを特徴とする。
【００７４】
ダイクロイックミラーにより空間的に合成された各光は、集光レンズ５１６によって、照度均一化部であるロッドインテグレータ５１７へと集光される。本照明装置５０からの出力光として、ロッドインテグレータ５１７によって照度が均一化された出射光を得ることができる。
【００７５】
さらに、ロッドインテグレータ５１７からの出射光は、リレーレンズ５１８、フィールドレンズ５１９、および、全反射プリズム５２０を経て画像表示素子であるＤＭＤ５２１に入射する。ロッドインテグレータの出射面形状がＤＭＤ５２１上に転写され、効率よく均一に集光できるようにリレー光学系が構成されている。
【００７６】
ＤＭＤ５２１は微小ミラーを２次限的に配置してなり、この各ミラーは、赤、緑、青の映像入力信号に応じてその傾きを変化させることで、時間的に変調された信号光を形成する。本実施の形態においては、それぞれ、セグメント６０１が赤、セグメント６０２が緑、セグメント６０３および６０４が青の信号光形成に対応している。入力映像信号に応じて変調された信号光は、投射レンズ５２２によってスクリーン（図示せず）へと拡大投影される。
【００７７】
照明装置５０から出力され、ＤＭＤへと入射される照明光のスペクトルを図９に示す。第１の青色光である未変換の励起光は主波長４４５ｎｍ、ｘｙ色度座標はｘ＝０．１６１、ｙ＝０．０１４である。緑色ＬＥＤの一部のスペクトル成分により構成される第２の青色光は、主波長５０３ｎｍ、ｘｙ色度座標はｘ＝０．０７２、ｙ＝０．５５０である。
そして、この二つの光の混色により得られる青色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．１５３、ｙ＝０．０６４であり、青色の演色性が改善されている。また、赤色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．６９９、ｙ＝０．３０１であり、緑色出力光のｘｙ色度座標は、ｘ＝０．２８０、ｙ＝０．６９１である。
【００７８】
（実施の形態５）
第５の実施の形態における光源装置およびそれを用いた照明装置の構成図を図１０に示す。本実施の形態では、第１の光源部７０は、ガラス基材７００のセグメント分割方法を除き、実施の形態４における集光レンズ５１６までと同等であり、重複する箇所については説明を省略する。
【００７９】
本実施の形態では、ガラス基材７００の表面上は、３つのセグメント領域に空間的に分割されており、それを図１１に示す。セグメント８０１およびセグメント８０３は何も塗布されていないセグメントであり、励起光波長において高透過となっている。セグメント８０２は、励起光および緑色蛍光の波長帯域において高反射の特性を有するダイクロイックコート上に緑色蛍光体が塗布されているセグメントである。
【００８０】
集光レンズ７１６を通過した第１の光源部７０からの出力光は、三角プリズム７３０へと入射され、三角プリズム７３０の４５度斜面にて反射した後で、ロッドインテグレータ７３２へと入射される。
【００８１】
第２の光源部７１には赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤが配置されている。青色光源７１７、緑色光源７１８、赤色光源７１９は、それぞれコリメートレンズ７２０〜７２５によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー７２７および７２８へと入射される。
【００８２】
ダイクロイックミラー７２７は、赤色の波長帯域において高反射、緑色および青色の波長域において高透過となるダイクロイックミラーであり、一方、ダイクロイックミラー７２８は、青色の波長帯域において高反射、緑色および赤色の波長域において高透過となるダイクロイックミラーである。空間的に合成された赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤからの光は、集光レンズ７２９によって三角プリズム７３１へと入射され、三角プリズム７３１の４５度斜面にて反射した後で、照度均一化部であるロッドインテグレータ７３２へと入射される。
【００８３】
本実施の形態における各光源の点灯タイミングについて、以下に説明する。
【００８４】
ガラス基材７００が回転制御されることによって、第１の光源部における励起光がガラス基材に照射されるセグメントは、８０１、８０２、８０３、そして再び８０１へと周期的に変化する。セグメント８０１上に励起光が照射される時間領域では、励起光強度は０となり、替わりに赤色光源７０４が点灯する。さらに、このタイミングに同期して、第２の光源部の赤色光源７１９が点灯する。
【００８５】
同様に、セグメント８０２に励起光が照射される時間領域では、第２の光源部の緑色光源７１８が同時に点灯する。セグメント８０３に励起光が照射される時間領域では、第２の光源部の青色光源７１７が同時に点灯する。このように、第１の光源部の光源と第２の光源部の光源は、同期して各光源からの発光が切り替わるように調整されている。
【００８６】
第１の光源部から出力される青色光は、上記実施の形態における第１の青色光となる波長４４５ｎｍの半導体レーザー光であり、第２の光源部から出力される青色光は、第２の青色光となる主波長４６２ｎｍのＬＥＤである。すなわち、本実施の形態では、第１の青色光は青色半導体レーザーである励起光源７０３より得られ、第２の青色光は、固体光源である青色光源７１７が青色光生成部として機能することによって得られることを特徴とする。これら２つの青色光は、ロッドインテグレータ７３２によって空間的に合成されて照度が均一化され、青色出力光としてロッドインテグレータから出射される。
【００８７】
本実施の形態では、赤色光および緑色光においても、空間的に２つの光を合波している。赤色出力光は、２つの赤色ＬＥＤからの光をロッドインテグレータ７３２で合成している。緑色出力光は、蛍光体７０１からの緑色蛍光と、緑色ＬＥＤからの光を、同じくロッドインテグレータ７３２で合成している。このように各色域の光について複数の光源を使用することで、より明るい照明光を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、光源装置、照明装置及び画像表示装置を製造または販売する産業等に利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０１  ３色のレーザーを用いた画像表示装置の色再現範囲
１０２  ｓＲＧＢ規格の色再現範囲
２０、３０、４０、５０  照明装置
７０  第１の光源部
７１  第２の光源部
２００、３００、５００、７００  ガラス基材
２０１、３０１、５０１、７０１  蛍光体
２０２、３０２、５０２、７０２  回転部
２０３、３０３、４０１、５０３、７０３  励起光源
２０４、７１７  青色光源
２０５、３０４、４０２、５０４、７１９  赤色光源
４００、７１８  緑色光源
２０６、３０５、４０３、５０５、７０５  コリメートレンズアレイ
２０７、２０８、２１８、３０６、３０７、３１４、４０４、４０５、４１３、５０６、５０７、５１６、７０６、７０７、７１６、７２９  集光レンズ
２０９、２１０、２１１、２１２、３０８、３０９、４０６、４０７、５０８、５０９、５１０、５１１、７０８、７０９、７１０、７１１、７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５  コリメートレンズ
２１３、２１４、２１９、２２３、３１０、３１５、３１９、４０８、４０９、４１４、４１８、５１２、５１５、７１２、７１５、７２７、７２８  ダイクロイックミラー
２１５、３１１、４１０  第１のインテグレータレンズアレイ
２１６、３１２、４１１  第２のインテグレータレンズアレイ
２１７、３１３、４１２  偏光変換素子
２２０、２２２、２２４、２２６、３１６、３１８、３２０、３２２、４１５、４１７、４１９、４２１、５１８  リレーレンズ
２２１、２２５、２２７、３１７、３２１、３２３、４１６、４２０、４２２、５１３、５１４、７１３、７１４  反射ミラー
２２８、２２９、２３０、３２４、３２５、３２６、４２３、４２４、４２５、５１９  フィールドレンズ
２３１、２３２、２３３、３２７、３２８、３２９、４２６、４２７、４２８  入射側偏光板
２３４、３３０、４２９  青色用液晶表示素子
２３５、３３１、４３０  緑色用液晶表示素子
２３６、３３２、４３１  赤色用液晶表示素子
２３７、２３８、２３９、３３３、３３４、３３５、４３２、４３３、４３４  出射側偏光板
２４０、３３６、４３５  クロスダイクロイックプリズム
２４１、３３７、４３６、５２２  投射レンズ
５１７、７３２  ロッドインテグレータ
５２０  全反射プリズム
５２１  ＤＭＤ
６０１、６０２、６０３、６０４、８０１、８０２、８０３  ガラス基材上のセグメント
７３０、７３１  三角プリズム
【図１】
2012008549.tif 000003
【図２】
2012008549.tif 000004
【図３】
2012008549.tif 000005
【図４】
2012008549.tif 000006
【図５】
2012008549.tif 000007
【図６】
2012008549.tif 000008
【図７】
2012008549.tif 000009
【図８】
2012008549.tif 000010
【図９】
2012008549.tif 000011
【図１０】
2012008549.tif 000012
【図１１】
2012008549.tif 000013
【図１２】
2012008549.tif 000014