(57)【要約】【課題】励起光源からの励起光によって複数の蛍光体を励起して赤色光、赤色光及び青色光を発光させる光源装置であって、励起光源の発光輝度のばらつきや寿命による輝度劣化のばらつきに依らずに、赤色光、赤色光及び青色光のカラーバランスが良好に維持されるようになされた光源装置を提供する。【解決手段】１つのモジュールに集積化されそれぞれが励起光を発光する複数の励起光源と、各励起光源から発せられた励起光を所定の比率で分岐させ赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び青色用蛍光体のそれぞれに入射させる光束分岐光学系と、各蛍光体が励起光によって励起されて発した励起光の波長と異なる波長帯域の赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成光学系とを備えた。【選択図】図１
2012141411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのモジュールに集積化され、それぞれが励起光を発光する複数の励起光源と、
前記各励起光源から発せられた励起光を所定の比率で分岐させ、赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び青色用蛍光体のそれぞれに入射させる光束分岐光学系と、
前記赤色用蛍光体、前記緑色用蛍光体及び前記青色用蛍光体が前記励起光によって励起されて発した前記励起光の波長と異なる波長帯域の赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成光学系と
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記合成光学系の射出部より、赤色用蛍光体に至る光路長、緑色用蛍光体に至る光路長、及び青色用蛍光体に至る光路長が、すべて等しい
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
１つのモジュールに集積化され、それぞれが励起光を発光する複数の励起光源と、
前記各励起光源から発せられた励起光を所定の比率で分岐させ、赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び拡散板のそれぞれに入射させる光束分岐光学系と、
前記赤色用蛍光体、前記緑色用蛍光体が前記励起光によって励起されて発した前記励起光の波長と異なる波長帯域の赤色光、緑色光及び、前記拡散板を透過した光を合成する合成光学系と
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
前記合成光学系は、前記緑色用蛍光体から発するスペクトルのうちの青色光領域の光をさらに合成して、射出する
ことを特徴とする請求項３記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタにおいて空間光変調素子を照明するために用いる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＭＤ等の空間光変調素子を用いて、映像を表示するようにしたプロジェクタ装置が提案されている。このようなプロジェクタ装置においては、空間光変調素子を照明し、この空間光変調素子により変調された照明光を投射することにより、映像を表示するように構成されている。
【０００３】
特許文献１には、プロジェクタ装置において空間光変調素子を照明するための光源装置として、励起光源（レーザ光源）によって励起されてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を発する蛍光体を用いたものが記載されている。
【０００４】
この光源装置は、図１１に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を発する各蛍光体１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂと、これら蛍光体１０１ｒ，１０１ｇ，１０１ｂのそれぞれに対応されて設置された励起光源１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂとを備えて構成されている。これら励起光源１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂとしては、光の光電変換効率が高く、点光源に近く、直進性の高いレーザ光源などが考えられる。
【０００５】
Ｒの光を発する蛍光体１０１ｒは、この蛍光体に対応する励起光源１０２ｒからの励起光によって励起され、赤色光を発する。Ｇの光を発する蛍光体１０１ｇは、この蛍光体に対応する励起光源１０２ｇからの励起光によって励起され、緑色光を発する。Ｂの光を発する蛍光体１０１ｂは、この蛍光体に対応する励起光源１０２ｂからの励起光によって励起され、青色光を発する。これら赤色光、緑色光及び青色光は、色合成光学系１０３によって合成されて、図示しない空間光変調素子を照明する。
【０００６】
なお、この光源装置においては、回転するホイールの外周に蛍光体を塗布し、ホイールを高速で回転させることにより、蛍光体の冷却効率を向上させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−８６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したプロジェクタ装置の光源装置においては、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光を発する蛍光体に対応して、個々に励起光源が配置されている。そのため、この光源装置においては、個々の励起光源の発光輝度ばらつきに伴い、蛍光体の発光輝度がばらつき、照明光におけるＲ、Ｇ、Ｂのカラーバランスが悪くなるという問題があった。
【０００９】
さらに、プロジェクタ装置の筐体内での冷却条件（風の流れなど）により、個々の励起光源の冷却効率が異なることにより、励起光源の寿命による輝度劣化にばらつきが発生する。輝度劣化にばらつきが個々の励起光源の輝度のばらつきと相乗効果で大きくなることにより、蛍光体の発光輝度がばらつき、照明光におけるＲ、Ｇ、Ｂのカラーバランスが悪くなるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、励起光源からの励起光によって複数の蛍光体を励起して赤色光、赤色光及び青色光を発光させる光源装置であって、励起光源の発光輝度のばらつきや寿命による輝度劣化のばらつきに依らずに、赤色光、赤色光及び青色光のカラーバランスが良好に維持されるようになされた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】
【００１１】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、以下の構成の少なくとも一を有するものである。
【００１２】
〔構成１〕
１つのモジュールに集積化されそれぞれが励起光を発光する複数の励起光源と、各励起光源から発せられた励起光を所定の比率で分岐させ赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び青色用蛍光体のそれぞれに入射させる光束分岐光学系と、赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び青色用蛍光体が励起光によって励起されて発した励起光の波長と異なる波長帯域の赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成光学系とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
〔構成２〕
構成１記載を有する光源装置において、合成光学系の射出部より、赤色用蛍光体に至る光路長、緑色用蛍光体に至る光路長、及び青色用蛍光体に至る光路長が、すべて等しいことを特徴とするものである。
【００１４】
〔構成３〕
１つのモジュールに集積化されそれぞれが励起光を発光する複数の励起光源と、各励起光源から発せられた励起光を所定の比率で分岐させ赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び拡散板のそれぞれに入射させる光束分岐光学系と、赤色用蛍光体、緑色用蛍光体が励起光によって励起されて発した励起光の波長と異なる波長帯域の赤色光、緑色光及び拡散板を透過した光を合成する合成光学系とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
〔構成４〕
構成３を有する光源装置において、合成光学系は、緑色用蛍光体から発するスペクトルのうちの青色光領域の光をさらに合成して射出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
構成１を有する本発明に係る光源装置においては、複数の励起光源は、１つのモジュールに集積化されており、各励起光源から発せられた励起光が所定の比率で分岐されて赤色用蛍光体、緑色用蛍光体及び青色用蛍光体のそれぞれに入射されるので、個々の励起光源の発光輝度にばらつきが生じても、各蛍光体が励起光によって励起されて発する赤色光、緑色光及び青色光の輝度のばらつきが生じない。
【００１７】
構成２を有する本発明に係る光源装置においては、合成光学系の射出部より、赤色用蛍光体に至る光路長、緑色用蛍光体に至る光路長、及び青色用蛍光体に至る光路長が、すべて等しいので、この光源装置から射出された光束の各色の角度分布が同じになり、カラーバランスが良好に保たれる。
【００１８】
構成３を有する本発明に係る光源装置においては、緑色光、赤色光は蛍光を使用する一方、青色光については照明光として励起光を使用するので、青色光の色純度を高めることができる。
【００１９】
構成４を有する本発明に係る光源装置においては、合成光学系は、緑色用蛍光体から発するスペクトルのうちの青色光領域の光をさらに合成して射出するので、青色光の色度を調整することができる。
【００２０】
すなわち、本発明は、励起光源からの励起光によって複数の蛍光体を励起して赤色光、赤色光及び青色光を発光させる光源装置であって、励起光源の発光輝度のばらつきや寿命による輝度劣化のばらつきに依らずに、赤色光、赤色光及び青色光のカラーバランスが良好に維持されるようになされた光源装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の蛍光体特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第３のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第４のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の射出光束の色度座標を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態の励起光源の配列例を示す側面図及び正面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のＬＤの発光特性を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のコリメート光のＡ断面とＢ断面の光束の分布を示す概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のレーザ集光スポットサイズを示す概略図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第２の実施形態のレーザ光及び蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。（ｂ）は、第２の実施形態におけるミラー４の特性を示すグラフである。（ｃ）は、第２の実施形態におけるミラー６の特性を示すグラフである。（ｄ）は、光源装置を射出する光のスペクトルを示すグラフである。（ｅ）は、第３の実施形態におけるミラー４の特性を示すグラフである。図９中の（ｆ）は、第３の実施形態におけるミラー６の特性を示すグラフである。（ｇ）は、第３の実施形態における光源装置を射出する光のスペクトルを示すグラフである。緑蛍光体から発する蛍光の青色帯域の一部が青色光として利用される状態を示している。（ｈ）は、第２及び第３の実施形態における３原色の色度点の位置を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態を用いたプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１１】従来の光源装置の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示す平面図である。
【００２４】
本発明に係る光源装置は、図１に示すように、紫外、または、近紫外の励起光を発する励起光源となる複数のレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という。）１を備えている。これらＬＤ１は、ヒートシンク１ａ上に配列されて取付けられている。各ＬＤ１から発せられた励起光は、各ＬＤ１に対応して設置されたレンズ１ｂにより、平行光となされる。
【００２５】
各ＬＤ１より発せられた励起光は、光束分岐光学系となる第１のミラー２により、青色用蛍光体５ｂへの光路と、緑色用蛍光体５ｇ及び赤色用蛍光体５ｒへの光路とに所定の比率で分配される。第１のミラー２より青色用蛍光体５ｂに向かった励起光は、第２のミラー３により反射されて、青色用蛍光体５ｂに入射する。第１のミラー２より緑色用蛍光体５ｇ、赤色用蛍光体５ｒに向かった励起光は、光束分岐光学系となる第３のミラー４により、緑色用蛍光体５ｇへの光路と、赤色用蛍光体５ｒへの光路とに所定の比率で分配され、緑色用蛍光体５ｇ及び赤色用蛍光体５ｒにそれぞれ入射される。
【００２６】
図２中の（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の蛍光体特性を示すグラフである。
【００２７】
この実施形態においては、第１のミラー２は、例えば、図２（ａ）に示すように、１２％の励起光を反射し、残りの８８％の励起光を透過させる。そして、青色用蛍光体５ｂに向かったレーザ光を反射する第２のミラー３は、図２（ｂ）に示すように、紫外線（近紫外線）を反射する特性を有している。第２のミラー３により反射された励起光は、第１のレンズ７ｂにより集光されて、青色用蛍光体５ｂに入射する。励起光が集光される位置には、円形状の金属、または、硝子からなる基盤８が配置されている。この基盤８は、表面上に高効率に反射する反射膜が形成され、その上に、青色用蛍光体５ｂが接着分散剤に混合されて塗布されている。青色用蛍光体５ｂは、励起光によって励起されて、図２（ｃ）に示すように、青色光を発光する。基盤８は、モータ９により、面内で高速（例えば、７２００ｒｐｍ）で安定的に回転される。
【００２８】
そして、青色用蛍光体５ｂが励起されて発した青色光は、再び第１のレンズ７ｂに入射して平行光となり、第２のミラー３を透過し、合成光学系となる第４のミラー６に入射する。
【００２９】
図３中の（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第３のミラーの分光特性を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第４のミラーの分光特性を示すグラフである。図３中の（ａ）及び（ｂ）において、実線はミラーの分光特性を示している。破線はミラーに入射する光線の分光分布を参考のために示している。図３中の（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の射出光束の色度座標を示すグラフである。
【００３０】
一方、第１のミラー２を透過した励起光は、第３のミラー４により、緑色用蛍光体５ｇへの光路と、赤色用蛍光体５ｒへの光路とに所定の比率で分配される。第３のミラー４は、図３（ａ）に示すように、所定の比率で励起光を透過及び反射させる。第３のミラー４を透過した励起光は、第２のレンズ７ｇにより集光されて、緑色用蛍光体５ｇに入射する。励起光が集光される位置には、円形状の金属、または、硝子からなる基盤８が配置されている。この基盤８は、表面上に高効率に反射する反射膜が形成され、その上に、緑色用蛍光体５ｇが接着分散剤に混合されて塗布されている。緑色用蛍光体５ｇは、励起光によって励起されて、図２（ｃ）に示すように、緑色光を発光する。基盤８は、モータ９により、面内で高速（例えば、７２００ｒｐｍ）で安定的に回転される。
【００３１】
そして、緑色用蛍光体５ｇが励起されて発した緑色光は、再び第２のレンズ７ｇに入射して平行光となり、第３のミラー４により反射され、合成光学系となる第４のミラー６に入射する。ここで第３のミラー４は、図３（ａ）に示すように、励起光を透過し、緑色蛍光を反射する特性を有しており、緑色光を反射させる。
【００３２】
第３のミラー４により反射された励起光は、第３のレンズ７ｒにより集光されて、赤色用蛍光体５ｒに入射する。励起光が集光される位置には、円形状の金属、または、硝子からなる基盤８が配置されている。この基盤８は、表面上に高効率に反射する反射膜が形成され、その上に、赤色用蛍光体５ｒが接着分散剤に混合されて塗布されている。赤色用蛍光体５ｒは、励起光によって励起されて、図２（ｃ）に示すように、赤色光を発光する。基盤８は、モータ９により、面内で高速（例えば、７２００ｒｐｍ）で安定的に回転される。
【００３３】
そして、赤色用蛍光体５ｒが励起されて発した赤色光は、再び第３のレンズ７ｒに入射して平行光となり、第３のミラー４を透過して、合成光学系となる第４のミラー６に入射する。ここで第３のミラー４は、図３（ａ）に示すように、励起光を透過し、赤色蛍光も透過させる特性を有しており、赤色光を透過させる。
【００３４】
第４のミラー６は、図３（ｂ）に示すように、所定の分光特性を有しており、青色蛍光を反射し、緑色蛍光及び赤色蛍光を透過させることにより、これら青色蛍光、緑色蛍光及び赤色蛍光を合成する。このように合成された各色蛍光は、図３（ｃ）に示すように、所定の色度範囲を有しており、ホワイトバランスは、６５００Ｋ、偏差は＋０．００１という色度範囲の広い、良好なホワイトバランスの光束である。
【００３５】
また、第４のミラー６において合成される赤色、緑色及び青色の各蛍光は、第４のミラー６の射出部、すなわち、合成光学系の射出部を起点にして、各蛍光体５ｂ，５ｇ，５ｒの発光点までの光路長が全て等しくなるように、各レンズ７ｂ，７ｇ，７ｒ、各ミラー２，３，４及び各蛍光体５ｂ，５ｇ，５ｒが配置されている。また、各レンズ７ｂ，７ｇ，７ｒは、同一のレンズ構成を有しているため、各色蛍光の共役長（点）も同一である。このことは、この光源装置から射出された光束の各色の光路長及び角度分布が同じになり、カラーバランスが良好に保たれることを意味する。
【００３６】
第４のミラー６において合成された各色蛍光は、アフォーカルレンズ系１０に入射され、光束径を拡大されて、図示しないプロジェクタの空間光変調素子に入射される。
【００３７】
図４は、本発明の第１の実施形態の励起光源の配列例を示す側面図及び正面図である。
【００３８】
この照明装置において、各蛍光体５ｂ，５ｇ，５ｒの発光ばらつき、すなわち、発光光率のばらつき及び発光スペクトルのばらつきについては、蛍光体の生産工程において、大量の蛍光体をバインダに分散し、基盤上にその一部を塗布するため、同一ロットにおいては、ばらつきは小さいと考えられる。したがって、図３（ｃ）に示した赤、緑及び青の色度範囲は、同一ロットの蛍光体であれば、ほとんどばらつかない。
【００３９】
一方、この実施形態における励起光源である各ＬＤ１は、図４に示すように、計９個が配列されている。各ＬＤ１の発光出力のばらつきは、数十個レベルで、±７％程度存在することがわかっている。このばらつきは、量産時にはさらに大きくなる。  
前述の図２（ｃ）において、破線で示すスペクトルは、一般的に蛍光体吸収スペクトルと呼ばれる。蛍光体は、最も吸収率の高いスペクトルの励起光により高効率で蛍光発光すると考えられる。そして、破線で示す蛍光体吸収スペクトルの吸収率が高い波長範囲においては、励起光であるレーザ光の波長が変化しても、蛍光発光スペクトル分布が変わることはない。したがって、励起光の効率の変化は、蛍光の発光スペクトルのうち、色度に影響することはなく、発光スペクトルの発光輝度に影響する。
【００４０】
したがって、この照明装置におけるように、複数のＬＤ１をモジュール化し、励起光を分配して各蛍光体に入射させた場合には、ＬＤ１の発光輝度のばらつきは、蛍光の輝度にのみ影響を及ぼす。すなわち、この照明装置においては、各ＬＤ１からの励起光の全体を、所定の反射率に制御されたミラーで各蛍光体に分配しているので、個々のＬＤ１の発光輝度のばらつきは、赤色、緑色及び青色の個々の蛍光の輝度に影響することなく、全光束の輝度のばらつきにのみ影響する。
【００４１】
ここで、赤色用、緑色用及び青色用の各蛍光体ごとに個々に励起光源を配置する従来の光源装置の構成においては、各励起光源の発光輝度のばらつきが各色蛍光の輝度に個々に影響を与えるので、赤色、緑色及び青色のバランスが崩れてしまい、ホワイトバランスが大きくばらつくことになる。
【００４２】
なお、ここで重要になるのは各ミラー２，３，４の特性ばらつきであるが、本光学系では、励起光束はきわめて平行度のよい光線束であり、しかも、励起光は単一波長であるため、ミラー製造時の製膜条件によって、反射率及び透過率を高精度にコントロールすることができる。
【００４３】
〔第２の実施形態〕
図５は、本発明の第２の実施形態の構成を示す平面図である。
【００４４】
この実施形態における照明装置は、図５に示すように、励起光源となる複数のＬＤ１を備えている。これらＬＤ１は、ヒートシンク１ａ上に配列されて取付けられている。ここで、ＬＤ１は、例えば、１．４Ｗ／個発光の４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの光線を発光するものであり、この実施形態においては、５０個を使用している。各ＬＤ１から発せられた励起光は、各ＬＤ１に対応して設置されたレンズ１ｂにより、平行光となされる。
【００４５】
図６は、本発明の第２の実施形態のＬＤの発光特性を示す斜視図である。
【００４６】
レンズ１ｂを透過した励起光は、複数の短冊状のミラー１１により反射されて、光路を９０度曲げられる。このとき、すべての励起光は、図６に示すように、ＬＤ特有のレーザ発光特性により、楕円形の光束断面を有している、すなわち、光軸をｚ軸として、図６中にθｙで示すｙ−ｚ平面内の拡散角度と、θｘで示すｘ−ｚ平面内の拡散角度とが異なる。
【００４７】
図７は、本発明の第２の実施形態のコリメート光のＡ断面とＢ断面の光束の分布を示す概略図である。
【００４８】
すべてのＬＤ１からの光束断面（楕円形）の長径方向（図６中のｙ軸）を図５の紙面の法線方向に揃えることにより、４５度に傾けた細い短冊状のミラー１１を等間隔で並べることにより、図７に示すように、図５中のＡ断面の光束間隔に比べ、図５中のＢにおいては、見かけ上、光束をより狭い領域に整然と並べることができる。ここで、Ａ断面のような間隔でＬＤ１を並べるのは、冷却条件によるものであり、冷却効率を高めるためには、大きなヒートシンク１ａ上に広い間隔でＬＤ１を並べるのがもっとも高効率であるからである。一方、光学的には、できるだけ狭い領域に無駄なくＬＤ１を並べたほうが、系として小型化が可能であり、高効率である。
【００４９】
なお、ミラー１１には、例えばＡｇなどの反射率の高い金属ミラーを用いることができるが、ＬＤ１からの励起光の偏光方向が揃っているので、誘電体ミラーを用いることによっても、高効率に反射させることが可能である。
【００５０】
ミラー１１により反射された励起光は、アフォーカルレンズ系１２により、光束断面積を縮小される。アフォーカルレンズ系１２は、焦点を持たないレンズ系であり、平行光束の口径を変える作用がある。ゆえに、アフォーカルレンズ系１２を透過した励起光束も、平行光束である。
【００５１】
アフォーカルレンズ系１２を透過した励起光は、拡散板１３を透過する。この拡散板１３は、各蛍光体５ｒ，５ｇに集光する励起光のスポット径をコントロールするためのもので、直進性の良いビームが入射すると、適当な角度で拡散するように作成されている。蛍光体５ｒ，５ｇは、前述したように、接着拡散剤に混合、分散されている。一般に、接着拡散剤は、耐熱性に優れ、熱伝導率が高く、透明性の良いものが選ばれており、シリコン接着剤が用いられることが多い。シリコン系材料は、３００°Ｃ程度の耐熱性能を持っているが、本実施形態のように、トータル７０Ｗの励起光源を用い、さらに集光特性の優れた励起光では、高効率で集光することにより、ピークでは１，０００°Ｃを超える可能性がある。したがって、適当な拡散板１３を挿入することにより、蛍光体５ｒ，５ｇ上に集光する励起光のスポット径を、光利用効率を低下させない程度に拡大する必要がある。
【００５２】
図８は、本発明の第２の実施形態のレーザ集光スポットサイズを示す概略図である。
【００５３】
本実施形態では、図８に示すように、拡散板なしでは０．５ｍｍφのスポット径を形成する光束が、拡散板１３を挿入することにより、１．６ｍｍφにまで大きくして、光エネルギーを分散させている。その結果、図８に示したシミュレーションによれば、光束ピーク強度が一桁程度小さくなる効果が得られている。
【００５４】
拡散板１３を経た励起光は、第１のミラー２により、拡散板１５への光路と、緑色用蛍光体５ｇ及び赤色用蛍光体５ｒへの光路とに所定の比率で分配される。第１のミラー２より拡散板１５に向かった励起光は、第２のミラー３により反射されて、拡散板１５に入射する。第１のミラー２より緑色用蛍光体５ｇ及び赤色用蛍光体５ｒに向かった励起光は、第３のミラー４により、緑色用蛍光体５ｇへの光路と、赤色用蛍光体５ｒへの光路とに所定の比率で分配され、緑色用蛍光体５ｇ及び赤色用蛍光体５ｒにそれぞれ入射される。
【００５５】
この実施形態においては、第１のミラー２は、例えば、１２％の励起光を反射し、残りの８８％の励起光を透過させる。そして、拡散板１５に向かったレーザ光を反射する第２のミラー３は、紫外線（近紫外線）を反射する特性を有している。第２のミラー３は、全反射ミラー、または、励起光（レーザ光）のみを反射するダイクロイックミラーである。第２のミラー３により反射された励起光は、第１のレンズ１４ｂの前群により集光される。励起光の集光点には、蛍光体５ｂに代えて、外周部が透過型の拡散板１５が配置されている。拡散板１５は、モータ９により、面内で高速（例えば、７２００ｒｐｍ）で安定的に回転される。
【００５６】
この実施形態では、青色光については照明光として励起光を使用するのであるが、励起光は、極めて干渉性能の高い光線であり、この光をプロジェクタで投影すると、スクリーン上で干渉による無数の強弱の輝点（スペックル）が発生し、映像品質を著しく低下させることが知られている。このスペックルを低減する手段として、拡散板を高速で動かす。
【００５７】
そして、拡散板１５を拡散して透過した励起光は、第１のレンズ１４ｂの後群により平行光となされ、合成光学系となる第４のミラー６に入射する。第１のレンズ１４ｂの前群及び第１のレンズ１４ｂの後群は、拡散板１５を挟んで相対するように配置されている。
【００５８】
一方、第１のミラー２を透過した励起光は、第３のミラー４により、緑色用蛍光体５ｇへの光路と、赤色用蛍光体５ｒへの光路とに所定の比率で分配される。第３のミラー４は、所定の比率で励起光を透過及び反射させる。第３のミラー４を透過した励起光は、第２のレンズ７ｇにより集光されて、緑色用蛍光体５ｇに入射する。
【００５９】
励起光が集光される位置には、円形状の金属、または、硝子からなる基盤８が配置されている。この基盤８は、表面上に高効率に反射する反射膜が形成され、その上に、緑色用蛍光体５ｇが接着分散剤に混合されて塗布されている。緑色用蛍光体５ｇは、励起光によって励起されて、緑色光を発光する。基盤８は、モータ９により、面内で高速（例えば、７２００ｒｐｍ）で安定的に回転される。
【００６０】
そして、緑色用蛍光体５ｇが励起されて発した緑色光は、再び第２のレンズ７ｇに入射して平行光となり、第３のミラー４により反射され、合成光学系となる第４のミラー６に入射する。ここで第３のミラー４は、励起光を透過し、緑色蛍光を反射する特性を有しており、緑色光を反射させる。
【００６１】
第３のミラー４により反射された励起光は、第３のレンズ７ｒにより集光されて、赤色用蛍光体５ｒに入射する。励起光が集光される位置には、円形状の金属、または、硝子からなる基盤８が配置されている。この基盤８は、表面上に高効率に反射する反射膜が形成され、その上に、赤色用蛍光体５ｒが接着分散剤に混合されて塗布されている。赤色用蛍光体５ｒは、励起光によって励起されて、赤色光を発光する。基盤８は、モータ９により、面内で高速（例えば、７２００ｒｐｍ）で安定的に回転される。
【００６２】
そして、赤色用蛍光体５ｒが励起されて発した赤色光は、再び第３のレンズ７ｒに入射して平行光となり、第３のミラー４を透過して、合成光学系となる第４のミラー６に入射する。ここで第３のミラー４は、励起光を透過し、赤色蛍光も透過させる特性を有しており、赤色光を透過させる。
【００６３】
第４のミラー６は、所定の分光特性を有しており、励起光を反射し、緑色蛍光及び赤色蛍光を透過させることにより、これら励起光、緑色蛍光及び赤色蛍光を合成する。このように合成された励起光及び各色蛍光は、所定の色度範囲を有しており、良好なホワイトバランスの光束である。
【００６４】
また、第４のミラー６において合成される励起光及び赤色、緑色の各蛍光は、第４のミラー６の射出部、すなわち、合成光学系の射出部を起点にして、拡散板１５及び各蛍光体５ｇ，５ｒの発光点までの光路長が全て等しくなるように、各レンズ１４ｂ，７ｇ，７ｒ、各ミラー２，３，４、拡散板１５及び各蛍光体５ｇ，５ｒが配置されている。また、各レンズ１４ｂ，７ｇ，７ｒは、同一のレンズ構成を有しているため、励起光及び各色蛍光の共役長（点）も同一である。このことは、この光源装置から射出された光束が、プロジェクタの照明光学系において、色毎に光学的に破綻しないことを意味する。
【００６５】
第４のミラー６において合成された励起光及び各色蛍光は、アフォーカルレンズ系１０に入射され、光束径を拡大されて後述するプロジェクタの空間光変調素子に入射される。
【００６６】
この実施形態では、青色を励起光で再現するため、蛍光体５ｂを用いることなく、拡散板１５を用いている。
【００６７】
この実施形態において、拡散板１５上に集光される励起光は、各蛍光体５ｇ，５ｒ上に集光される励起光のスポット径と同等が望ましい。なぜならば、この照明装置から出力された光束がプロジェクタの照明、投影光学系の瞳（入射瞳、射出瞳）上で、赤色、緑色及び青色の瞳像が同一であることが望ましいためである。それゆえ、レーザ集光スポット径も同等に、さらに赤色、緑色及び青色の光束を合成する際のそれぞれの共役長（点）も、揃っていることが望ましい。
【００６８】
図９中の（ａ）は、本発明の第２の実施形態のレーザ光及び蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。（ｂ）は、第２の実施形態におけるミラー４の特性を示すグラフである。（ｃ）は、第２の実施形態におけるミラー６の特性を示すグラフである。（ｄ）は、光源装置を射出する光のスペクトルを示すグラフである。図９中の（ａ）（ｂ）（ｃ）では、励起光及び２つの蛍光のピーク強度を１で規格化して示している。 
この実施形態では、図９（ａ）に示すように、青色光については照明光として励起光を使用し、緑色光、赤色光は蛍光を使用する。励起光源から発せられた励起光は、ミラー２により、図２（ａ）のように一部は反射し、一部は透過する。反射した励起光は、ミラー３で反射して拡散板１５を拡散して透過する。一方、ミラー２で透過した励起光は、ミラー４で然るべき比率で反射・透過して、緑蛍光体５ｂ及び赤蛍光体５ｒに集光し、夫々蛍光発光する。発光した緑・赤の蛍光は、図９（ｂ）の特性のミラー４で反射・透過し、赤蛍光と緑蛍光が合成され、図９（ｃ）の特性のミラー６を透過する。ここでミラー６では、拡散板１５を透過した励起光が合成され、青励起光と緑蛍光と赤蛍光とが合成された図９（ｄ）のような白色光になる。
【００６９】
〔第３の実施形態〕
図９中の（ｅ）は、第３の実施形態におけるミラー４の特性を示すグラフである。図９中の（ｆ）は、第３の実施形態におけるミラー６の特性を示すグラフである。（ｇ）は、第３の実施形態における光源装置を射出する光のスペクトルを示すグラフである。緑蛍光体から発する蛍光の青色帯域の一部が青色光として利用される状態を示している。（ｈ）は、第２及び第３の実施形態における３原色の色度点の位置を示すグラフである。
【００７０】
第２の実施形態での青色光は４５０ｎｍを中心とする励起光のみであり、その色度点は図９（ｈ）に示すように、右下に寄っており、色純度が高いが、紫色に近い。そこで、第３の実施形態においては、図９中の（ｅ）、（ｆ）に示すように、ミラー４及びミラー６の特性を励起光の分光ギリギリのところで透過、反射するように変更する。具体的には、緑蛍光のスペクトルを最大限広く取るように半値波長４５５ｎｍのミラー４で反射し、同様に励起光成分のみを反射し緑蛍光のスペクトルを最大限広く透過するように半値波長４５５ｎｍのミラー６を透過させることで、図９（ｇ）に示すように、緑蛍光体から発する蛍光の青色帯域の一部が青色光として利用される。その結果、図９（ｈ）に示すように、青色の色度点が左上に移動し、４６０ｎｍ近傍に対応する色度点となる。励起光以外に緑蛍光の青領域を青色成分として利用できるので、青色照明光の光量が増加し、青色の色度点を調整することができる。なお、「ミラー４、６の半値波長以上の光であって緑蛍光体から発する蛍光」がさらに光源装置から射出されることになるのであるから、ミラー４、６の半値波長は４５５ｎｍに限定されるものではない。励起光の波長（第３の実施形態では４５０ｎｍ）を越え、使用したい青色帯域蛍光の下限値に設定することができる。たとえば４５５ｎｍ以上かつ４７０ｎｍ以下の値に設定してもよい。
【００７１】
図１０は、本発明の第２の実施形態を用いたプロジェクタの構成を示す平面図である。
【００７２】
この実施形態の照明装置から射出された照明光（白色の平行光）は、図１０に示すように、プロジェクタに入射されると、ミラー１６により反射されて、第１のインテグレータ１７及び第２のインテグレータ１８を経て、面内輝度分布を均一とされる。さらに、ＰＣＳ１９によって偏光方向を揃えられる。
【００７３】
そして、クロスダイクロイックミラー２０により、ｙ（黄色）光とｂ（青色）光とに分離される。ｙ（黄色）光は、ミラー２１を経て、ダイクロイックミラー２２によって、ｒ（赤色）光とｇ（緑色）光に分離される。
【００７４】
ｒ（赤色）光は、ワイヤーグリッド（以下、「ＷＧ」という。）２３を透過して、赤色用空間光変調素子２４ｒを照明する。ｇ（緑色）光は、ＷＧ２５を透過して、緑色用空間光変調素子２４ｇを照明する。ｂ（青色）光は、ミラー２６を経て、ＷＧ２７を透過して、青色用空間光変調素子２４ｂを照明する。
【００７５】
各色用空間光変調素子２４ｒ，２４ｇ，２４ｂを照明した光は、各色用空間光変調素子２４ｒ，２４ｇ，２４ｂにより映像信号に応じて変調されて反射され、それぞれＷＧ２３，２５，２７により反射されて、クロスプリズム２８に３方向から入射する。各変調光は、クロスプリズム２８において合成されてプロジェクションレンズ２９に入射し、このプロジェクションレンズ２９によって、スクリーン３０上に結像される。
【００７６】
ここで、第２のインテグレータ１８上には、各ＬＤ（励起光源）からの光束が集光された蛍光体５ｒ，５ｇ及び拡散板１５上の光束のスポット像が結像する。したがって、光源装置の射出側で赤色、緑色及び青色の光線において前述した共役長が揃っていないと、第２のインテグレータ１８上でのスポット像がぼけて、光学系としての光利用効率が悪くなり、赤色、緑色及び青色での輝度のばらつきが発生することになる。
【００７７】
なお、この実施形態のプロジェクタにおいては、空間光変調素子として反射型素子（反射型液晶素子など）を用いているが、透過型素子（透過型液晶素子など）を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、プロジェクタにおいて空間光変調素子を照明するために用いる光源装置に適用される。
【符号の説明】
【００７９】
１    ＬＤ（励起光源）
２    第１のミラー（光束分岐光学系）
４    第３のミラー（光束分岐光学系）
５ｒ  赤色用蛍光体
５ｇ  緑色用蛍光体
５ｂ  青色用蛍光体
６    第４のミラー（合成光学系）
【図１】
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【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】
2012141411.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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