(57)【要約】  本開示の光源装置は、２次元のアレイ状に一定の間隔で配置された複数の第１固体発光素子を有する第１発光装置と、２次元のアレイ状に一定の間隔で配置された複数の第２固体発光素子を有する第２発光装置と、第１発光装置から射出した複数の第１固体発光素子の光線を透過する第１領域と第２発光装置から射出した複数の第２固体発光素子の光線を反射する第２領域とを有する第１光合成板と、を備える。第１光合成板を経由した複数の第１固体発光素子および複数の第２固体発光素子からの光線の点像が最密充填配列をなしている。
2020137749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元のアレイ状に一定の間隔で配置された複数の第１固体発光素子を有する第１発光装置と、
２次元のアレイ状に一定の間隔で配置された複数の第２固体発光素子を有する第２発光装置と、
前記第１発光装置から射出した前記複数の第１固体発光素子の光線を透過する第１領域と、前記第２発光装置から射出した前記複数の第２固体発光素子の光線を反射する第２領域とを有する第１光合成板と、を備え、
前記第１光合成板を経由した前記複数の第１固体発光素子および前記複数の第２固体発光素子からの光線の点像が最密充填配列をなしている、光源装置。
【請求項２】
前記第２領域は、入射する１光線につき１つの六角形状の反射領域である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１領域は、入射する１光線につき１つの六角形状の開口部を、前記第１光合成板に設けた透過領域である、
請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１光合成板は、反射防止コートが設けられた透光性の基板を有し、前記第２領域は、透光性の基板に設けられた反射膜を有する、
請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数の第１固体発光素子と前記複数の第２固体発光素子は、第１の波長域の光を出射する半導体レーザである、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の波長域は４４７〜４６２ｎｍである、
請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第３固体発光素子を有する第３発光装置と、
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第４固体発光素子を有する第４発光装置と、
前記第３発光装置から射出した前記複数の第３固体発光素子の光線を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記第３発光装置から射出した前記複数の第３固体発光素子の光線を透過する第３領域と、前記第４発光装置から射出した前記複数の第４固体発光素子の光線を反射する第４領域とを有する第２光合成板と、
前記第１光合成板の前記第１領域を透過した前記複数の第１固体発光素子からの光線および前記第１光合成板の前記第２領域で反射された前記第２固体発光素子からの光線を透過する透過する位相差板と、をさらに備え、
前記位相差板を透過した前記複数の第１固体発光素子および前記複数の第２固体発光素子からの光線は、前記偏光ビームスプリッタおよび前記第２光合成板を透過し、
前記第２光合成板を経由した前記複数の第３固体発光素子および前記複数の第４固体発光素子からの光線の点像が最密充填配列をなしている、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第２光合成板は、透光性の基板を有し、前記第４領域は、前記透光性の基板に設けられ、偏光ビームスプリッタ反射膜を有し、
前記位相差板は、１／２波長板である、
請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
第３固体発光素子を有する第３発光装置と、
前記第１発光装置から射出した前記複数の第１固体発光素子の光線を反射し、前記第３発光装置から射出した前記第３固体発光素子の光線を透過するダイクロイックミラーと、をさらに備え、
前記ダイクロイックミラーで反射された前記複数の第１固体発光素子からの光線は、前記第１光合成板の前記第１領域を透過し、
前記ダイクロイックミラーを透過した前記第３固体発光素子からの光線は、前記第１光合成板を透過する、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記複数の第１固体発光素子と前記複数の第２固体発光素子は、第２の波長域の光を射出し、
前記第３固体発光素子は、第３の波長域の光を射出し、
前記第１光合成板は、透光性の基板を有し、前記第２領域は、前記透光性の基板に設けられ、前記第２の波長域の光を反射し、前記第３の波長域の光を透過するダイクロイック反射膜を有する、
請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２の波長域は５１５〜５３５ｎｍであり、前記第３の波長域は４５７〜４７２ｎｍまたは６３０〜６５０ｎｍである、
請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第３固体発光素子を有する第３発光装置と、
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第４固体発光素子を有する第４発光装置と、
前記第１発光装置から射出した前記複数の第１固体発光素子の光線および前記第２発光装置から射出した前記複数の第２固体発光素子の光線を透過し、前記第３発光装置から射出した前記第３固体発光素子の光線を反射する第１ダイクロイックミラーと、
前記第３発光装置から射出した前記複数の第３固体発光素子の光線を透過する第３領域と、前記第４発光装置から射出した前記複数の第４固体発光素子の光線を反射する第４領域とを有する第２光合成板と、をさらに備え、
前記第１ダイクロイックミラーを透過した前記第１発光装置から射出した前記複数の第１固体発光素子の光線および前記第２発光装置から射出した前記複数の第２固体発光素子の光線は、前記第２光合成板を透過する、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項１３】
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第５固体発光素子を有する第５発光装置と、
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第６固体発光素子を有する第６発光装置と、
前記第５発光装置から射出した前記複数の第５固体発光素子の光線を透過する第５領域と、前記第６発光装置から射出した前記複数の第６固体発光素子の光線を反射する第６領域とを有する第３光合成板と、
前記第１発光装置から射出した前記複数の第１固体発光素子の光線、前記第２発光装置から射出した前記複数の第２固体発光素子の光線、前記第３発光装置から射出した前記複数の第３固体発光素子の光線および前記第４発光装置から射出した前記複数の第４固体発光素子の光線を反射し、前記第５発光装置から射出した前記第５固体発光素子の光線および前記第６発光装置から射出した前記第６固体発光素子の光線を透過する第２ダイクロイックミラーと、をさらに備える、
請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記複数の第１固体発光素子と前記複数の第２固体発光素子は、第２の波長域の光を射出し、
前記複数の第３固体発光素子と前記複数の第４固体発光素子は、第２の波長域の光を射出し、
前記複数の第５固体発光素子と前記複数の第６固体発光素子は、第３の波長域の光を射出する、
請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光源装置を備える照明装置と、
前記照明装置からの光を映像信号によって変調して映像光を生成する映像生成部と、
前記映像光を投写する光学系と、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、例えば、投写型映像表示装置の光源として使用される光源装置、並びに、そのような光源装置を備えた投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）及び液晶パネルなどのような光変調素子を備えた投写型映像表示装置のための光源として、発光ダイオード及び半導体レーザ素子などの長寿命の固体発光素子を備えたさまざまな光源装置が開示されている。【０００３】
特許文献１は、小型化のために、基板と、複数の半導体レーザ素子と、複数のレンズを含むレンズアレイとを一体化した発光装置を開示している。【０００４】
特許文献２は、複数の固体光源からの光を、帯状の透過領域と反射領域を交互に配置したミラーを用いて光束を合成する小型の光源装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特許第６２８８１３２号公報
【特許文献２】特開２０１７−２１１６０３号公報
【発明の概要】
【０００６】
特許文献１に開示されるような発光装置は、複数の固体発光素子を高密度に配列しており、単一の発光装置として小型で高出力を得ることが出来る。一方で、複数の小型の発光装置を配列して高輝度の光源装置を構成する場合、各発光装置の光線の間隔が狭くなり、従来の帯状の透過領域あるいは反射領域を配置したミラーを用いると反射領域において光線の蹴られが発生し、効率の低下を生じるという問題がある。従って、複数の発光装置からの光を空間的な無駄なく高効率に合成することが求められる。
【０００７】
本開示は、互いに一体化された基板、複数の固体発光素子、及び複数のレンズをそれぞれ備える複数の発光装置を備えた光源装置であって、複数の発光装置からの光を空間的な無駄なく高効率に合成することができる光源装置を提供する。
【０００８】
本開示の光源装置は、２次元のアレイ状に一定の間隔で配置された複数の第１固体発光素子を有する第１発光装置と、２次元のアレイ状に一定の間隔で配置された複数の第２固体発光素子を有する第２発光装置と、第１発光装置から射出した複数の第１固体発光素子の光線を透過する第１領域と第２発光装置から射出した複数の第２固体発光素子の光線を反射する第２領域とを有する第１光合成板と、を備える。第１光合成板を経由した複数の第１固体発光素子および複数の第２固体発光素子からの光線の点像が最密充填配列をなしている。
【０００９】
本開示の光源装置は、複数の発光装置からの光を空間的な無駄なく高効率に合成するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る白色光源装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の発光装置１の構成を示す平面図である。
【図３】図２の３−３線における断面図である。
【図４】図１の発光装置１，２の配置を示す図である。
【図５】図１の発光装置１、発光装置２および光合成板の配置を示す図である。
【図６】光合成板および光合成板上の点像配置を示す図である。
【図７】光源装置によって合成される光束の点像配置を示す図である。
【図８】第１の変形例に係る発光装置１、発光装置２および光合成板の配置を示す図である。
【図９】第２の変形例に係る発光装置１、発光装置２および光合成板の配置を示す図である。
【図１０】光合成板および光合成板上の点像配置を示す図である。
【図１１】第２の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】第３の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１３】第４の実施形態に係る光源装置の構成を示す概略図である。
【図１４】第５の実施形態に係る光源装置の構成を示す概略図である。
【図１５】第６の実施形態に係る光源装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図面を参照しながら、実施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。
【００１２】
なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１３】
［第１の実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、第１の実施形態に係る白色光源装置１００の構成を示す概略図である。白色光源装置１００は、光源装置１０、レンズ３１，３２、拡散板３３、位相差板３４、ダイクロイックミラー３５、コンデンサレンズ３６，３７、蛍光体ホイール装置４１、コンデンサレンズ４２、拡散板４３、位相差板４４、及び反射板４５を備える。以下、適宜、図１に示すＸＹＺ直交座標系を用いて説明し、Ｚ軸方向は光源装置１０から出射する光線の方向である。
【００１４】
［１−２．発光装置群の構成］
光源装置１０は２つの発光装置、すなわち、発光装置１（第１発光装置の一例）および発光装置２（第２発光装置の一例）を含む。
【００１５】
図２は、図１の発光装置１の構成を示す平面図である。図３は、図２の３−３線における断面図である。発光装置１は、基板５１、複数の固体発光素子５２、複数のレンズ５３、筐体５４、及び電極５５を備える。発光装置２も図２、図３に示す構造と同一の構造である。
【００１６】
基板５１の上に、複数の固体発光素子５２が２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配列される。本実施形態では、直交する格子の交点に２０個（４個×５個）の固体発光素子５２が配列される。基板５１は基体の一例である。
【００１７】
各固体発光素子５２は、例えば、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長を有する青色光を発生する半導体レーザ素子である。
【００１８】
各レンズ５３は、対応する固体発光素子５２の上に位置するように配列される。各レンズ５３は、対応する固体発光素子５２によって発生された光を平行光に変換するコリメートレンズである。
【００１９】
筐体５４は、基板５１及び固体発光素子５２のアレイを包囲する。
【００２０】
電極５５は、筐体５４の内部の各固体発光素子５２に接続され、各固体発光素子５２は、電極５５を介して駆動される。
【００２１】
図１の例では、発光装置１はＹＺ面に沿って直線偏光した光を発生する。
【００２２】
複数の発光装置を配列して高輝度の光源装置を構成する場合、各発光装置からの合計の光束のサイズが大きくなると、光路上のミラー、レンズのサイズも大型化する。従って、白色光源装置のサイズおよびそれを用いる投写型映像装置のサイズも大型化する。このため本実施形態の光源装置１０では、複数の発光装置からの光を空間的な無駄なく高効率に合成する構成にしている。
【００２３】
図４は、図１の光源装置１０をＹ軸方向から見たときの、発光装置１，２の配置を示す図である。図４は、発光装置２の光線Ａ２が光合成板２１（第１光合成板の一例）で反射され、発光装置１の光線Ａ１が光合成板２１を通過し、光線Ａ１，Ａ２は互いにＸ軸方向に半ピッチ分ずれた配置であり、Ｚ軸方向に進む同一の光束となることを示す。
【００２４】
図５は、図１の光源装置１０をＸ軸方向から見たときの発光装置１，２および光合成板２１の配置を示す図である。発光装置１の光線Ａ１は光合成板２１の透過領域Ｂ２１を透過し、発光装置２の光線Ａ２は光合成板２１の反射領域Ａ２１を反射し、光合成板２１を通過する光線Ａ１，Ａ２は互いにＹ軸方向に半ピッチ分ずれた配置であり、Ｚ軸方向に進む同一の光束となることを示す。
【００２５】
図６は、光合成板２１上の反射領域Ａ２１と光線Ａ１，Ａ２の点像配置を示す。光合成板２１は透光性の基板であり、表裏両面に反射防止膜（反射防止コート）を設け、光線Ａ２の入射する表面には反射領域を設けている。更に詳述すると、入射する１つの光線Ａ１の点像１つにつき１つの六角形状（図６の要部拡大図で破線で示す）の透過領域Ｂ２１と、入射する１つの光線Ａ２の点像１つにつき１つの六角形状（図６の要部拡大図で破線で示す）の反射領域Ａ２１をそれぞれ配置している。ここで、透過領域Ｂ２１は、発光装置１から射出した光が入射する第１領域の一例であり、反射領域Ａ２１は、発光装置２から射出した光が入射する第２領域の一例である。
【００２６】
このように、発光装置１と発光装置２は、発光装置１の射出する光線方向と発光装置２の射出する光線方向とが直交（９０°で交差）し、かつ発光装置１と発光装置２の光線が互いに重ならないように配置される。光合成板２１の透過領域Ｂ２１は発光装置１から射出される光線Ａ１のうちの少なくとも１つの光線を透過し、反射領域Ａ２１は発光装置２から射出される光線Ａ２のうちの少なくとも１つの光線を、透過領域Ｂ２１を透過した光線Ａ１と平行になるように反射するように構成している。
【００２７】
この結果、光源装置１０の光合成板２１を経由して射出される光線Ａ１と光線Ａ２の点像配置は図７に示すように、光線Ａ１と光線Ａ２は互いに交わることなく、光合成板２１を通ったそれぞれの光線は最密充填配列に合成光束を形成することになる。
【００２８】
従って、光源装置１０から射出される合成光束のサイズを小さくし、また、白色光源装置１００のサイズを小さくすることができる。
【００２９】
図８は、図５にて示した光合成板と同様の効果を有する第１の変形例であって、光源装置をＸ軸方向から見たときの発光装置１，２および光合成板２２の配置を示す図である。光合成板２２は全面が鏡面かつ高反射率表面を有する基板であり、透過領域Ｂ２２は基板の厚さ方向に垂直に開設された開口部からなる。発光装置１の光線Ａ１は光合成板２２の透過領域Ｂ２２を透過し、発光装置２の光線Ａ２は光合成板２２を反射し、光合成板２２を通過する光線Ａ１，Ａ２は図５と同様に、互いにＹ軸方向に半ピッチ分ずれた配置であり、Ｚ軸方向に進む同一の光束となることを示す。
【００３０】
図９は、図５、図８にて示した光合成板と同様の効果を有する第２の変形例であって、光源装置をＸ軸方向から見たときの発光装置１，２および光合成板２３の配置を示す図である。光合成板２３は全面が鏡面かつ高反射率表面を有する基板であり、透過領域Ｂ２３は基板に対して光線Ａ１の進行方向に開設された開口部からなる。発光装置１の光線Ａ１は光合成板２３の透過領域Ｂ２３を透過し、発光装置２の光線Ａ２は光合成板２３を反射し、光合成板２３を通過する光線Ａ１，Ａ２は、図５および図８と同様に、互いにＹ軸方向に半ピッチ分ずれた配置であり、Ｚ軸方向に進む同一の光束となることを示す。
【００３１】
図１０は、光合成板２２，２３上の透過領域Ｂ２２，Ｂ２３と光線Ａ１およびＡ２の点像配置を示す。光合成板２２，２３は全面が鏡面かつ高反射率表面を有する基板であり、光線Ａ１の入射する箇所には開口部からなる通過領域を配置している。
【００３２】
図６に示した光合成板２１と同様に、入射する１つの光線Ａ１の点像１つにつき１つの六角形状の開口部からなる透過領域（図１０では隣り合う六角形状の開口どうしが連なって一つの長孔を形成している）と、入射する１つの光線Ａ２の点像１つにつき１つの六角形状の反射領域（図１０では隣り合う六角形状の開口どうしが連なった開口部以外の部分）をそれぞれ配置している。
【００３３】
［１−３．他の光学素子等の構成］
再び図１を参照すると、光源装置１０から射出した合成光束は、凸面を有するレンズ３１及び凹面を有するレンズ３２によって、さらに小径の光束に変換され、拡散板３３に入射する。尚、図１中の光軸Ａ０は、光源装置１０から射出された光束の光軸を示している。
【００３４】
拡散板３３は、ガラス製であり、その表面に微細な凹凸形状もしくはマイクロレンズ形状を有し、これにより入射光を拡散する。拡散板３３は、その出射光が入射光の偏光特性を保持するように、十分に小さな拡散角度（すなわち、拡散された光の最大強度を基準として半分の強度を有する光の角度幅を示す半値角度幅）、例えば略３度の拡散角度を有する。拡散板３３の出射光は位相差板３４に入射する。
【００３５】
位相差板３４は、各固体発光素子５２の発光中心波長の近傍において１／４波長の位相差を生じる位相差板である。位相差板３４は、光の波長よりも小さい微細周期構造を有し、微細周期構造で生じる複屈折を利用して位相差を生じる。微細周期構造を有する位相差板３４は、例えば無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性及び信頼性に優れ、比較的に安価である。位相差板３４は、その光学軸の角度を調整することにより、後段のダイクロイックミラー３５の面を基準とするＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率を調整することができる。位相差板３４の光学軸は、例えば、図１のＸ軸を基準として７１．５度の角度を有するように配置され、このとき、Ｓ偏光の入射光を、８２％のＳ偏光成分と１８％のＰ偏光成分とを含む光に変換する。位相差板３４の出射光はダイクロイックミラー３５に入射する。
【００３６】
ダイクロイックミラー３５は、波長４４７〜４６２ｎｍの青色光が入射するとき、そのＰ偏光成分を高い透過率で透過し、そのＳ偏光成分を９６％以上の高い反射率で反射させる特性を有する。さらに、ダイクロイックミラー３５は、緑色光及び赤色光が入射するとき、そのＰ偏光成分及びＳ偏光成分をそれぞれ９６％以上の高い透過率で透過する特性を有する。
【００３７】
位相差板３４からダイクロイックミラー３５に入射し、ダイクロイックミラー３５で反射したＳ偏光の青色光は、コンデンサレンズ３６及び３７により集光され、蛍光体ホイール装置４１に入射する。光強度の最大値に対して１３．５％の光強度を有する領域の直径をスポット径と定義するとき、蛍光体ホイール装置４１への入射光は、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍのスポット径を有する領域に入射する。拡散板３３は、蛍光体ホイール装置４１への入射光のスポット径が所望値になるように、光を拡散させる。
【００３８】
蛍光体ホイール装置４１は、円形基板３８、蛍光体層３９、及びモータ４０を備える。円形基板３８は、例えばアルミニウムからなる。円形基板３８の上には、可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜である反射膜が形成される。さらに、反射膜の上には、蛍光体層３９が円環状に形成される。蛍光体層３９には、例えば、青色光により励起され、緑色光及び赤色光の各色成分光を含む黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体が形成される。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組成は、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２である。蛍光体層３９は、ダイクロイックミラー３５から入射した青色光によって励起されることにより、緑色光及び赤色光の各色成分光を含む黄色光を発生する。モータ４０は、円形基板３８を回転させる。円形基板３８が回転することにより、ダイクロイックミラー３５からの青色光が蛍光体層３９に入射する位置が移動し、これにより、青色光によって励起されることによる蛍光体層３９の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光体層３９によって発生した光の一部は＋Ｙ方向に進み、他の一部は−Ｙ方向に進んで反射層によって＋Ｙ方向に反射される。
【００３９】
蛍光体ホイール装置４１から出射した黄色光は、自然光となり、再びコンデンサレンズ３７，３６で集光されて略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー３５を透過する。
【００４０】
一方、位相差板３４からダイクロイックミラー３５に入射し、ダイクロイックミラー３５を透過したＰ偏光の青色光は、コンデンサレンズ４２に入射して集光される。コンデンサレンズ４２の焦点距離は、反射板４５の近傍に集光スポットを形成するように、例えば、４０度以下の集光角度を有するように設定される。コンデンサレンズ４２からの出射光は拡散板４３に入射する。
【００４１】
拡散板４３は、ガラス製であり、その表面に微細な凹凸形状もしくはマイクロレンズ形状を有し、これにより入射光を拡散する。拡散板４３は、入射光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザ光のスペックルを解消する。拡散板４３は、その出射光が入射光の偏光特性を保持するように、十分に小さな拡散角度、例えば略４度の拡散角度を有する。拡散板４３の出射光は位相差板４４に入射する。
【００４２】
位相差板４４は、各固体発光素子５２の発光中心波長の近傍において１／４波長の位相差を生じる位相差板である。位相差板４４は、光の波長よりも小さい微細周期構造を有し、微細周期構造で生じる複屈折を利用して位相差を生じる。位相差板４４の光学軸は、例えば、図１のＸ軸を基準として４５度の角度を有するように配置され、このとき、Ｓ偏光の入射光を円偏光の出射光に変換する。微細周期構造を有する位相差板４４は、入射角への依存性が非常に小さいので、平行光ではなく集光光又は発散光が入射する位置に配置されても、直線偏光の入射光を高効率で円偏光の出射光に変換できる。また、位相差板４４は、集光光又は発散光が入射する位置に配置されるので、平行光が入射する位置に配置される場合に比べて、１／２以下のサイズに小型化でき、そのコスト化を低減することができる。位相差板４４の出射光は反射板４５に入射する。
【００４３】
反射板４５には、アルミニウム又は誘電体多層膜などの反射膜が形成される。位相差板４４から反射板４５に入射した光が反射板４５によって反射されることにより、その位相が反転され、従って、円偏光の入射光が、逆回りの円偏光の反射光になる。また、位相差板４４から反射板４５に入射した光が反射板４５によって反射されることにより、集光光が拡散光になる。反射板４５の反射光は、再び位相差板４４に入射し、位相差板４４によって円偏光からＳ偏光に変換される。位相差板４４と反射板４５との間には、偏光を乱す部材が配置されないので、高効率でＰ偏光からＳ偏光に変換できる。次いで、位相差板４４の出射光は再び拡散板４３で拡散され、拡散板４３の出射光はコンデンサレンズ４２によって平行光に変換され、コンデンサレンズ４２の出射光はダイクロイックミラー３５に入射する。コンデンサレンズ４２からダイクロイックミラー３５への入射光は、Ｓ偏光光であるので、ダイクロイックミラー３５によって反射される。
【００４４】
蛍光体ホイール装置４１からダイクロイックミラー３５に入射して透過した黄色光と、反射板４５からダイクロイックミラー３５に入射して反射された青色光とは、互いに合成されて白色光になる。白色光源装置１００は、合成された白色光を出力する。半導体レーザ素子によって発生された青色光と、蛍光体を励起することにより発生された緑色光及び赤色光の各色成分光を含む黄色光とを合成することにより、良好なホワイトバランスを有するスペクトル特性を得ることができる。このスペクトル特性は、投写型映像表示装置の光学系で青色光、緑色光、及び赤色光の３原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。
【００４５】
第１の実施形態では、光源装置１０の発光装置１，２と光合成板は異なる間隔で配置してもよい。
【００４６】
第１の実施形態では、位相差板３４及び位相差板４４が微細周期構造を有する場合について説明したが、位相差板３４及び位相差板４４は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板であってもよい。
【００４７】
［１−４．効果等］
第１の実施形態によれば、光源装置１０は、複数の発光装置と光合成板を備える。各発光装置は、基板５１と、基板５１上に２次元のアレイ状に配列された複数の固体発光素子５２及び複数のレンズ５３とをそれぞれ備える。光合成板は第１領域および第２領域を備える。
【００４８】
発光装置１と発光装置２は、発光装置１の射出する光線方向と発光装置２の射出する光線方向とが直交し、かつ発光装置１と発光装置２の光線は重ならないように配置し、第１領域は発光装置１から射出される少なくとも１つの光線を通過し、第２領域は発光装置２から射出される少なくとも１つの光線を、第１領域を通過した光線と平行となるように反射し、光合成板を経由した光線の点像が最密充填配列をなしている。
【００４９】
これにより、複数の発光装置からの光を空間的な無駄なく高効率に合成することができる。
【００５０】
第１の実施形態によれば、光源装置１０の発光装置１と発光装置２は、白色光源装置１００の光軸に沿って見たときに、発光装置１と光合成板および発光装置２と光合成板の間の距離を最小化するように配置されてもよい。
【００５１】
これにより、複数の発光装置からの光を、空間的な無駄なく、さらに高効率に合成することができる。
【００５２】
第１の実施形態によれば、各固体発光素子５２は青色半導体レーザ素子であってもよい。
【００５３】
これにより、光源装置は、青色光を出力すること、青色光を色成分として含む光を出力すること、又は青色光によって励起された他の色を有する光を出力することができる。
【００５４】
第１の実施形態によれば、発光装置１と発光装置２は直線偏光の光を出射してもよい。
【００５５】
これにより、各発光装置によって発生された光を、ダイクロイックミラーを用いて分離及び合成することができる。
【００５６】
第１の実施形態によれば、白色光源装置１００は、発光装置１，２からの光が入射し、互いに異なる第１及び第２の色成分光を分離及び合成するダイクロイックミラー３５と、第１の色成分光で励起されて蛍光を発生する蛍光体ホイール装置４１と、第２の色成分光を直線偏光から円偏光に変換する位相差板４４とを備えてもよい。
【００５７】
これにより、例えば、青色光を発生する発光装置を用いて、白色光を出力することができる。
【００５８】
第１の実施形態によれば、蛍光体ホイール装置４１は、回転する円形基板３８に形成され、Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成した蛍光体層３９を備えてもよい。
【００５９】
これにより、青色光を発生する発光装置を用いて、白色光を出力することができる。
【００６０】
上述のように発光装置を配置することにより、２次元アレイ状の近接配置に起因する空間的な無駄を削減して光線を互いに近接させ、発光装置からの光束を互いに近接させることができる。従って、光源装置から出射される合成光束のサイズを小さくし、また、白色光源装置のサイズを小さくすることができる。従って、小型かつ高輝度の白色光源装置を提供することができる。
【００６１】
［第２の実施形態］
第１の実施形態に係る白色光源装置１００は、例えば、投写型映像表示装置に適用可能である。第２の実施形態では、白色光源装置１００を用い、光変調素子として、ＴＮ（Twisted Nematic）モードもしくはＶＡ（Vertical Alignment）モードで動作し、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いる投写型映像表示装置について説明する。
【００６２】
［２−１．全体構成］
図１１は、第２の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。図１１の投写型映像表示装置１２０は、白色光源装置１００、第１の照明レンズアレイ板２００、第２の照明レンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、重畳用レンズ２０３、青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５、反射ミラー２０６，２０７，２０８、リレーレンズ２０９，２１０、フィールドレンズ２１１，２１２，２１３、入射側偏光板２１４，２１５，２１６、液晶パネル２１７，２１８，２１９、出射側偏光板２２０，２２１，２２２、色合成プリズム２２３、及び投写光学系２２４を備える。
【００６３】
白色光源装置１００からの白色光は、複数のレンズ素子から構成される第１の照明レンズアレイ板２００に入射する。第１の照明レンズアレイ板２００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、複数のレンズ素子から構成される第２の照明レンズアレイ板２０１に収束する。第１の照明レンズアレイ板２００のレンズ素子は、液晶パネル２１７〜２１９と相似形の開口形状を有する。第２の照明レンズアレイ板２０１の各レンズ素子の焦点距離は、第１の照明レンズアレイ板２００と液晶パネル２１７〜２１９とが略共役関係となるように決定される。第２の照明レンズアレイ板２０１から出射した光は偏光変換素子２０２に入射する。
【００６４】
偏光変換素子２０２は、偏光分離プリズムと１／２波長板とにより構成され、光源からの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。蛍光光は自然光であるので、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Ｐ偏光光で入射するので、Ｓ偏光光に変換される。偏光変換素子２０２の出射光は重畳用レンズ２０３に入射する。
【００６５】
重畳用レンズ２０３は、第２の照明レンズアレイ板２０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル２１７〜２１９の上に重畳照明するためのレンズである。
【００６６】
第１及び第２の照明レンズアレイ板２００，２０１と、偏光変換素子２０２と、重畳用レンズ２０３を照明光学系としている。かかる照明光学系は照明装置の一例である。
【００６７】
重畳用レンズ２０３の出射光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー２０４及び緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青色光、緑色光、及び赤色光に分離される。緑色光は、フィールドレンズ２１１及び入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青色光は、反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２及び入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤色光は、リレーレンズ２０９，２１０及び反射ミラー２０７，２０８を透過屈折及び反射し、さらに、フィールドレンズ２１３及び入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。
【００６８】
液晶パネル２１７〜２１９の両側には、入射側偏光板２１４〜２１６及び出射側偏光板２２０〜２２２が、それらの透過軸を直交するようにそれぞれ配置される。液晶パネル２１７〜２１９は、その各画素へ印加する電圧を映像信号に応じて制御することにより、入射光の偏光状態を変化させて空間的に変調し、緑色光、青色光、赤色光の映像光を形成する。
【００６９】
色合成プリズム２２３は、赤反射のダイクロイックミラーと、青反射のダイクロイックミラーとを備える。出射側偏光板２２０〜２２２を透過した各色の映像光のうち、緑色光は色合成プリズム２２３を透過し、赤色光は色合成プリズム２２３の赤反射のダイクロイックミラーによって反射され、青色光は色合成プリズム２２３の青反射のダイクロイックミラーによって反射され、これにより、透過した緑色光は、反射された赤色光及び青色光と合成され、投写光学系２２４に入射する。投写光学系２２４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大して投写される。
【００７０】
白色光源装置１００は、複数の発光装置を備えて小型に構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射する。このため、小型かつ高輝度な投写型映像表示装置を実現することができる。また、光変調素子として、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネル２１７〜２１９を用いているので、カラーブレイキングがなく色再現が良好であり、明るく高精細な投写映像を得ることができる。また、全反射プリズムが不要であり、色合成プリズムが４５度入射の小型プリズムになるので、光変調素子として３つのＤＭＤ素子を用いる場合よりも、小型の投写型映像表示装置を構成することができる。
【００７１】
第２の実施形態では、光変調素子として、透過型の液晶パネルを用いる場合について説明したが、反射型の液晶パネルを用いてもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型映像表示装置を構成することができる。
【００７２】
［２−２．効果等］
第２の実施形態によれば、投写型映像表示装置は、第１の実施形態に係る白色光源装置１００と、白色光源装置１００からの光を伝達する照明光学系と、照明光学系を介して入射した光を映像信号に応じて空間的に変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系とを備える。光変調素子は液晶パネル２１７〜２１９であってもよい。
【００７３】
これにより、小型かつ高輝度の投写型映像表示装置を提供することができる。
【００７４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、白色光源装置１００を用い、光変調素子として、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いる投写型映像表示装置について説明する。
【００７５】
［３−１．全体構成］
図１２は、第３の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。図１２の投写型映像表示装置１３０は、白色光源装置１００、集光レンズ３００、ロッド３０１、リレーレンズ３０２、反射ミラー３０３、フィールドレンズ３０４、全反射プリズム３０５、空気層３０６、カラープリズム３０７、青反射のダイクロイックミラー３０８、赤反射のダイクロイックミラー３０９、ＤＭＤ３１０，３１１，３１２、及び投写光学系３１３を備える。
【００７６】
図１２の白色光源装置１００は、第１の実施形態に係る白色光源装置１００である。
【００７７】
白色光源装置１００から射出した白色光は、集光レンズ３００に入射し、ロッド３０１へ集光される。ロッド３０１への入射光は、ロッドの内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化されて出射される。ロッド３０１からの出射光は、リレーレンズ３０２により集光され、反射ミラー３０３で反射された後、フィールドレンズ３０４を透過し、全反射プリズム３０５に入射する。
【００７８】
全反射プリズム３０５は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層３０６を形成している。空気層３０６は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ３０４の出射光は、全反射プリズム３０５の全反射面で反射されて、カラープリズム３０７に入射する。
【００７９】
カラープリズム３０７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には、青反射のダイクロイックミラー３０８と、赤反射のダイクロイックミラー３０９とが形成されている。カラープリズム３０７の青反射のダイクロイックミラー３０８と赤反射のダイクロイックミラー３０９とにより、入射光は青色光、赤色光、及び緑色光に分離され、それぞれＤＭＤ３１０〜３１２に入射する。
【００８０】
ＤＭＤ３１０〜３１２は、映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、入射光を、投写光学系３１３に向かう反射光と、投写光学系３１３の有効外へ進む反射光とに分離する。ＤＭＤ３１０〜３１２により反射された光は、再びカラープリズム３０７を透過する。
【００８１】
カラープリズム３０７を透過する過程で、分離された青色光、赤色光、及び緑色光は互いに合成され、全反射プリズム３０５に入射する。全反射プリズム３０５に入射した光は空気層３０６に臨界角以下で入射するので、全反射プリズム３０５を透過して、投写光学系３１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ３１０〜３１２により形成された映像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
【００８２】
白色光源装置１００は、複数の発光装置を備えて小型に構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射する。このため、小型かつ高輝度な投写型映像表示装置を実現することができる。また、光変調素子として、また、光変調素子としてＤＭＤ３１０〜３１２を用いているので、液晶パネルを用いた光変調素子と比べて、高い耐光性及び耐熱性を有する投写型映像表示装置を構成することができる。さらに、３つのＤＭＤ３１０〜３１２を用いているので、色再現が良好であり、明るく高精細な投写映像を得ることができる。
【００８３】
第３の実施形態では、光変調素子として３つのＤＭＤ３１０〜３１２を用いる場合について説明したが、１つのＤＭＤを用いて構成してもよい。１つのＤＭＤを用いことにより、より小型の投写型映像表示装置を構成することができる。
【００８４】
［３−２．効果等］
第３の実施形態によれば、投写型映像表示装置は、第１の実施形態に係る白色光源装置１００と、白色光源装置１００からの光を伝達する照明光学系と、照明光学系を介して入射した光を映像信号に応じて空間的に変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系とを備える。光変調素子はディジタル・マイクロミラー・デバイス３１０〜３１２が使用できる。
【００８５】
これにより、小型かつ高輝度の投写型映像表示装置を提供することができる。
【００８６】
［第４の実施形態］
［４−１．構成］
図１３は、第４の実施形態に係る光源装置１４の構成を示す概略図である。光源装置１４は、４つの発光装置４０１，４０２，４０３，４０４、２つの光合成板４４１，４４３、偏光ビームスプリッタ４４２および位相差板４４４を備える。
【００８７】
４つの発光装置４０１，４０２，４０３，４０４の各々は、第１の実施形態で説明した発光装置１および発光装置２と実質的に同様の構成を有し、基板、複数の固体発光素子、複数のレンズ、筐体および電極を備える。但し、発光装置４０１，４０２，４０３，４０４の固体発光素子はＳ偏光光の緑色光を射出するとして説明する。
【００８８】
また、発光装置４０１，４０２および光合成板４４１の配置構成は、第１の実施形態で説明した発光装置１、発光装置２および光合成板２１と実質的に同様であり、発光装置４０１，４０２および光合成板４４１は、それぞれ発光装置１，２および光合成板２１に対応する。即ち、光合成板４４１は、表裏両面に反射防止膜が設けられた透光性の基板であり、その基板の一方の面には２次元のアレイ状に複数の反射膜が設けられた複数の反射領域Ａ４１を有する。複数の反射領域Ａ４１の各々は図６に示す反射領域Ａ２１と同様に六角形状を有し、光合成板４４１の反射領域Ａ４１以外の部分には図６に示す透過領域Ｂ２１と同様に透過領域Ｂ４１が構成される。ここで、透過領域Ｂ４１は第１領域の一例であり、反射領域Ａ４１は第２領域の一例である。
【００８９】
図１３に示すように、発光装置４０１（第１発光装置の一例）からの光線Ｂ１は、光合成板４４１（第１光合成板の一例）の透過領域Ｂ４１を通過し、位相差板４４４に入射し、発光装置４０２（第２発光装置の一例）からの光線Ｂ２は、光合成板４４１の反射領域Ａ４１で反射され、位相差板４４４に入射する。光線Ｂ１および光線Ｂ２は、互いにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に半ピッチ分ずれて最密充填配列を構成し、Ｚ軸方向に進む同一の合成光束を形成する。
【００９０】
位相差板４４４は、１／２波長板であり、Ｓ偏光光をＰ偏光光に（またはＰ偏光光をＳ偏光光に）変換する。位相差板４４４に入射する光線Ｂ１および光線Ｂ２は、Ｓ偏光光であり、位相差板４４４を透過することにより、Ｐ偏光光に変換され、偏光ビームスプリッタ４４２に入射する。
【００９１】
偏光ビームスプリッタ４４２は、本実施形態では緑色（波長５１５〜５３５ｎｍ）のＳ偏光光を高い反射率（９６％以上）で反射し、Ｐ偏光光を高い透過率（９６％以上）で透過する。従って、位相差板４４４を透過しＰ偏光光に変換された発光装置４０１，４０２からの光線Ｂ１，Ｂ２は、偏光ビームスプリッタ４４２を透過する。また、図１３に示すように、発光装置４０３（第３発光装置の一例）からの光線Ｂ３は、Ｓ偏光光であり、偏光ビームスプリッタ４４２で反射され、出射方向が９０°変換されて、光合成板４４３（第２光合成板の一例）に入射する。
【００９２】
光合成板４４３は、表裏両面に反射防止膜が設けられた透光性の基板であり、その基板の一方の面には２次元のアレイ状に複数の偏光ビームスプリッタ反射膜が設けられた複数の反射領域Ａ４３を有する。複数の反射領域Ａ４３の各々は図６に示す反射領域Ａ２１と同様に六角形状を有し、光合成板４４３の反射領域Ａ４３以外の部分には図６に示す透過領域Ｂ２１と同様に透過領域Ｂ４３が構成される。ここで、透過領域Ｂ４３は第３領域の一例であり、反射領域Ａ４３は第４領域の一例である。
【００９３】
図１３に示すように、発光装置４０３からの光線Ｂ３は、光合成板４４３の透過領域Ｂ４３に入射するように配置されており、光合成板４４３を通過してＺ軸方向に進む。また、発光装置４０４（第４発光装置の一例）からの光線Ｂ４は、光合成板４４３の反射領域Ａ４３で反射され、Ｚ軸方向に進む。光合成板４４３を通過した光線Ｂ３および光合成板４４３で反射された光線Ｂ４は、互いにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に半ピッチ分ずれた最密充填配列を構成し、Ｚ軸方向に進む同一の合成光束を形成する。
【００９４】
また、偏光ビームスプリッタ４４２を透過し光合成板４４３に入射した発光装置４０１，４０２からの光線Ｂ１，Ｂ２は、Ｐ偏光光であり、光合成板４４３を透過する。こうして、最密充填配列をなす光線Ｂ１，Ｂ２と、最密充填配列をなす光線Ｂ３，Ｂ４と、が合成された光が光源装置１４から出射される。
【００９５】
本実施形態では、図１３に示すように、発光装置４０１からの光線Ｂ１が光合成板４４３の透過領域Ｂ４３を通過し、発光装置４０２からの光線Ｂ２が光合成板４４３の反射領域Ａ４３を通過するように、発光装置４０１，４０２、光合成板４４１，４４３が配置されているが、逆に、光線Ｂ１が反射領域Ａ４３を通過し、光線Ｂ２が透過領域Ｂ４３を通過するように、配置されてもよい。さらに、光合成板４４３に入射する発光装置４０１，４０２からの光線Ｂ１，Ｂ２はＰ偏光光であり、反射領域Ａ４３および透過領域Ｂ４３に関係なく光合成板４４３を透過するので、発光装置４０１，４０２の固体発光素子と、発光装置４０３，４０４の固体発光素子の配列とは、必ずしも同一である必要はない。
【００９６】
［４−２．効果等］
第４の実施形態によれば、発光装置４０１，４０２および光合成板４４１により最密充填配列をなす光線Ｂ１，Ｂ２と、発光装置４０３，４０４および光合成板４４３により最密充填配列をなす光線Ｂ３，Ｂ４とを、合成することができるので、光源装置から出射される合成光束のサイズを小さくし、より小型かつ高輝度の光源装置を提供することができる。
【００９７】
なお、第４の実施形態では、発光装置４０１，４０２，４０３，４０４の固体発光素子として、緑色の半導体レーザを用いたが、赤色または青色の半導体レーザを用いてもよい。
【００９８】
また、第４の実施形態では、発光装置４０１，４０２，４０３，４０４の固体発光素子として、緑色の半導体レーザを用いた緑色光源装置について説明したが、他の赤色光源装置および青色光源装置と組み合わせることにより、白色光を出射する光源装置として構成することができる。かかる白色光を出射する光源装置は、図１１、図１２に示す投写型映像表示装置１２０，１３０の白色光源装置１００に替えて用いることができる。
【００９９】
［第５の実施形態］
［５−１．構成］
図１４は、第５の実施形態に係る光源装置１５の構成を示す概略図である。光源装置１５は、３つの発光装置５０１，５０２，５０３、光合成板５５１およびダイクロイックミラー５５２を備える。
【０１００】
３つの発光装置５０１，５０２，５０３の各々は、第１の実施形態で説明した発光装置１，２と実質的に同様の構成を有し、基板、複数の固体発光素子、複数のレンズ、筐体および電極を備える。但し、第５の実施形態では発光装置５０１，５０２の固体発光素子は緑色光を射出し、発光装置５０３（第３発光装置の一例）の固体発光素子は赤色光を射出するとして説明する。
【０１０１】
光合成板５５１（第１光合成板の一例）は、表裏両面に反射防止膜が設けられた透光性の基板であり、その基板の一方の面には２次元のアレイ状に複数のダイクロイック反射膜が設けられた複数の反射領域Ａ５１を有する。複数の反射領域Ａ５１の各々は図６に示す反射領域Ａ２１と同様に六角形状を有し、光合成板５５１の反射領域Ａ５１以外の部分には図６に示す透過領域Ｂ２１と同様に透過領域Ｂ５１が構成される。ここで、透過領域Ｂ５１は第１領域の一例であり、反射領域Ａ５１は第２領域の一例である。ダイクロイック反射膜は、本実施形態では緑色光（波長５１５〜５３５ｎｍ）を高い反射率（９６％以上）で反射し、赤色光（波長６３０〜６５０ｎｍ）および青色光（波長４３０〜４８０ｎｍ）を高い透過率（９６％以上）で透過する特性を有する。
【０１０２】
ダイクロイックミラー５５２は、光合成板５５１のダイクロイック反射膜と同様の特性を有し、緑色光を高い反射率（９６％以上）で反射し、赤色光を高い透過率（９６％以上）で透過する特性を有する。
【０１０３】
図１４に示すように、発光装置５０１（第１発光装置の一例）を射出した緑色の光線Ｃ１は、ダイクロイックミラー５５２に約４５°の入射角で入射し、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進み、光合成板５５１の透過領域Ｂ５１に入射し、光合成板５５１を通過する。発光装置５０２（第２発光装置の一例）を射出した緑色の光線Ｃ２は、光合成板５５１の反射領域Ａ５１に約４５°の入射角で入射し反射され、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進む。光合成板５５１を出射する光線Ｃ１および光線Ｃ２は、互いにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に半ピッチ分ずれて最密充填配列を構成し、Ｚ軸方向に進む同一の合成光束を形成する。
【０１０４】
発光装置５０３から射出した赤色の光線Ｃ３は、図１４に示すように、ダイクロイックミラー５５２に約４５°の入射角で入射し、ダイクロイックミラー５５２を透過し、光合成板５５１の透過領域Ｂ５１を通過してＺ軸方向に進む。こうして、最密充填配列をなす緑色の光線Ｃ１，Ｃ２と赤色の光線Ｃ３とが合成された光が光源装置１５から出射される。
【０１０５】
なお、本実施形態では、発光装置５０３からの赤色の光線Ｃ３が光合成板５５１の透過領域Ｂ５１を通過するように、発光装置５０３、光合成板５５１，５５２が配置されているが、光線Ｃ３は赤色光であり、ダイクロイック反射膜である反射領域Ａ５１に入射するように配置しても高い透過率で光合成板５５１を通過することが可能である。さらに、発光装置５０３から射出する光線Ｃ３は赤色光であり、反射領域Ａ５１および透過領域Ｂ５１に関係なく光合成板５５１を高い透過率で透過するので、発光装置５０３の固体発光素子の配列は、発光装置５０１，５０３の固体発光素子の配列と、必ずしも同一である必要はない。即ち、発光装置５０１，５０３の固体発光素子の配列が図２に示すような４個×５個の２次元のアレイ状であったとしても、発光装置５０３の固体発光素子の配列は、５個×５個のような異なる２次元のアレイ状であてもよい。
【０１０６】
［５−２．効果等］
第５の実施形態によれば、発光装置５０１，５０２および光合成板５５１により最密充填配列をなすように合成された光線Ｃ１，Ｃ２と発光装置５０３からの光線Ｃ３とを、合成することができるので、光源装置から出射される合成光束のサイズを小さくし、より小型かつ高輝度の光源装置を提供することができる。
【０１０７】
なお、第５の実施形態では、発光装置５０１，５０２の固体発光素子として緑色の半導体レーザを用い、発光装置５０３の固体発光素子として赤色の半導体レーザを用いたが、発光装置５０３の固体発光素子として青色の半導体レーザを用いてもよい。さらに、反射領域Ａ５１を形成するダイクロイック反射膜およびダイクロイックミラー５５２の反射および透過特性を、発光装置５０１，５０２，５０３から射出する光線の色に応じて、選択することにより、例えば、発光装置５０１，５０２から射出する光線を青色光、発光装置５０３から射出する光線を赤色光に設定することができる。
【０１０８】
また、第５の実施形態では、合成された緑色光と赤色光を出射する光源装置１５について説明したが、他の色の光源装置（例えば、青色光源装置、合成された青色光と赤色光を出射する光源装置）と組み合わせることにより、白色光を出射する光源装置として構成することができる。かかる白色光を出射する光源装置は、図１１、図１２に示す投写型映像表示装置１２０，１３０の白色光源装置１００に替えて用いることができる。
【０１０９】
［第６の実施形態］
［６−１．構成］
図１５は、第６の実施形態に係る光源装置１６の構成を示す概略図である。光源装置１６は、６つの発光装置６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６、３つの光合成板６６１，６６２，６６３、２つのダイクロイックミラー６６４，６６５および２つの反射ミラー６６６，６６７を備える。
【０１１０】
６つの発光装置６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６の各々は、第１の実施形態で説明した発光装置１，２と実質的に同様の構成を有し、基板、複数の固体発光素子、複数のレンズ、筐体および電極を備える。但し、第６の実施形態では、発光装置６０１，６０２の固体発光素子は青色光（波長４５７〜４７２ｎｍ）を射出し、発光装置６０３，６０４の固体発光素子は赤色光（波長６３０〜６５０ｎｍ）を射出し、発光装置６０５，６０６の固体発光素子は緑色光（波長５１５〜５３５ｎｍ）を射出する。
【０１１１】
また、発光装置６０１，６０２および光合成板６６１（第１光合成板の一例）の配置構成は、第１の実施形態で説明した発光装置１，２および光合成板２１と実質的に同様である。また、光合成板６６１の反射領域Ａ６１、透過領域Ｂ６１は、それぞれ光合成板２１の反射領域Ａ２１、透過領域Ｂ２１に対応する。ここで、透過領域Ｂ６１は第１領域の一例であり、反射領域Ａ６１は第２領域の一例である。そして、発光装置６０１（第１発光装置の一例）を射出した青色の光線Ｄ１と、発光装置６０２（第２発光装置の一例）を射出した青色の光線Ｄ２とは、光合成板６６１で合成され、互いにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に半ピッチ分ずれた最密充填配列を構成し、Ｚ軸方向に進む同一の合成光束を形成する。
【０１１２】
光合成板６６２（第２光合成板の一例）は、表裏両面に反射防止膜が設けられた透光性の基板であり、その基板の一方の面には２次元のアレイ状に複数のダイクロイック反射膜が設けられた複数の反射領域Ａ６２を有する。複数の反射領域Ａ６２の各々は図６に示す反射領域Ａ２１と同様に六角形状を有し、光合成板６６２の反射領域Ａ６２以外の部分には図６に示す透過領域Ｂ２１と同様に透過領域Ｂ６２が構成される。ここで、透過領域Ｂ６２は第３領域の一例であり、反射領域Ａ６２は第４領域の一例である。ダイクロイック反射膜は、本実施形態では赤色光（波長６３０〜６５０ｎｍ）を高い反射率（９６％以上）で反射し、青色光（波長４３０〜４８０ｎｍ）を高い透過率（９６％以上）で透過する特性を有する。
【０１１３】
ダイクロイックミラー６６４は、光合成板６６２のダイクロイック反射膜と同様の特性を有し、赤色光を高い反射率（９６％以上）で反射し、青色光を高い透過率（９６％以上）で透過する特性を有する。
【０１１４】
光合成板６６３（第３光合成板の一例）は、光合成板６６１（即ち、第１の実施形態１の光合成板２１）と同一の構成を有する。光合成板６６３の反射領域Ａ６３、透過領域Ｂ６３は、それぞれ光合成板２１の反射領域Ａ２１、透過領域Ｂ２１に対応する。ここで、透過領域Ｂ６３は第５領域の一例であり、反射領域Ａ６３は第６領域の一例である。発光装置６０５（第５発光装置の一例）を射出した緑色の光線Ｄ５は、反射ミラー６６６に約４５°の入射角で入射し、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進み、光合成板６６３の透過領域Ｂ６３に入射し、光合成板６６３を通過する。発光装置６０６（第６発光装置の一例）を射出した緑色の光線Ｄ６は、光合成板６６３の反射領域Ａ６３に約４５°の入射角で入射し反射され、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進む。光合成板６６３を出射する光線Ｄ５および光線Ｄ６は、互いにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に半ピッチ分ずれて最密充填配列を構成し、Ｚ軸方向に進む同一の合成光束を形成する。ここで、発光装置６０５を射出した緑色の光線Ｄ５は、反射ミラー６６６で反射されて、光合成板６６３の透過領域Ｂ６３に入射する構成を採用しているが、発光装置６０１と同様に、反射ミラー６６６を経由することなく、直接Ｚ軸方向から光合成板６６３の透過領域Ｂ６３に入射させる構成を採用してもよい。
【０１１５】
図１５に示すように、発光装置６０３（第３発光装置の一例）を射出した赤色の光線Ｄ３は、ダイクロイックミラー６６４に約４５°の入射角で入射し、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進み、光合成板６６２の透過領域Ｂ６２に入射し、光合成板６６２を通過する。発光装置６０４（第４発光装置の一例）を射出した赤色の光線Ｄ４は、光合成板６６２の反射領域Ａ６２に約４５°の入射角で入射し反射され、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進む。光合成板６６２を出射する赤色の光線Ｄ３および光線Ｄ４は、互いにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々に半ピッチ分ずれて最密充填配列を構成し、Ｚ軸方向に進む同一の合成光束を形成する。
【０１１６】
光合成板６６１で最密充填配列に合成された発光装置６０１，６０２からの青色の光線Ｄ１，Ｄ２は、図１５に示すように、ダイクロイックミラー６６４に約４５°の入射角で入射し、ダイクロイックミラー６６４を透過し、光合成板６６２の透過領域Ｂ６２を通過して、光合成板６６２で最密充填配列に合成された発光装置６０３，６０４からの赤色の光線Ｄ３，Ｄ４と合成され、反射ミラー６６７に入射する。光合成板６６２で合成された青色の光線Ｄ１，Ｄ２および赤色の光線Ｄ３，Ｄ４は、反射ミラー６６７に約４５°の入射角で入射し、出射方向が約９０°変換されてＹ軸方向に進み、ダイクロイックミラー６６５に約４５°の入射角で入射して反射され、出射方向が約９０°変換されてＺ軸方向に進み、光源装置１６から出射される。ここで、ダイクロイックミラー６６５は、赤色光および青色光を高い反射率（９６％以上）で反射し、緑色光を高い透過率（９６％以上）で透過する特性を有するため、青色の光線Ｄ１，Ｄ２および赤色の光線Ｄ３，Ｄ４は、ダイクロイックミラー６６５で反射される。
【０１１７】
光合成板６６３で最密充填配列に合成された発光装置６０５，６０６からの緑色の光線Ｄ５，Ｄ６は、図１５に示すように、ダイクロイックミラー６６５に約４５°の入射角で入射し、ダイクロイックミラー６６５を透過し、光源装置１６から出射される。こうして、最密充填配列に合成された青色の光線Ｄ１，Ｄ２、最密充填配列に合成された赤色の光線Ｄ３，Ｄ４および最密充填配列に合成された緑色の光線Ｄ５，Ｄ６が、最終的に、ダイクロイックミラー６６５で合成され、白色光となって光源装置１６から出射される。
【０１１８】
なお、本実施形態では、発光装置６０１，６０２からの青色の光線Ｄ１，Ｄ２が、光合成板６６２の透過領域Ｂ６２を通過するように、発光装置６０１，６０２、光合成板６６１，６６２およびダイクロイックミラー６６４が配置されているが、光線Ｄ１，Ｄ２は青色光であり、ダイクロイック反射膜である反射領域Ａ６２に入射するように配置しても高い透過率で光合成板６６２を透過することが可能である。さらに、発光装置６０１，６０２から射出する光線Ｄ１，Ｄ２は青色光であり、反射領域Ａ６２および透過領域Ｂ６２に関係なく光合成板６６２を高い透過率で透過するので、発光装置６０１，６０２の固体発光素子の配列は、発光装置６０３，６０４の固体発光素子の配列と、必ずしも同一である必要はない。さらに、発光装置６０１，６０２の固体発光素子の配列と、発光装置６０３，６０４の固体発光素子の配列と、発光装置６０５，６０６の固体発光素子の配列とは、必ずしも同一である必要はない。
【０１１９】
［６−２．効果等］
第６の実施形態の光源装置１６によれば、最密充填配列に合成された青色の光線Ｄ１，Ｄ２、最密充填配列に合成された赤色の光線Ｄ３，Ｄ４および最密充填配列に合成された緑色の光線Ｄ５，Ｄ６を合成して白色光を出射することができるので、光源装置から出射される合成光束のサイズを小さくし、より小型かつ高輝度の光源装置を提供することができる。
【０１２０】
なお、各発光装置から射出する光線の色に応じて、光合成板６６２の反射領域Ａ６２を形成するダイクロイック反射膜およびダイクロイックミラー６６４の反射および透過特性を選択することにより、各発光装置の個体発光素子が射出する光線の色を変更することができる。
【０１２１】
また、第６の実施形態の白色光を出射する光源装置１６は、図１１、図１２に示す投写型映像表示装置１２０，１３０の白色光源装置１００に替えて用いることができる。
【０１２２】
［他の実施形態］
以上のように、本開示の技術の例示として、いくつかの実施形態を説明した。しかしながら、本開示の技術は、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形態にも適用できる。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
【０１２３】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【０１２４】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１２５】
また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本開示に係る光源装置は、光変調素子を用いた投写型映像表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１，２，４０１，４０２，４０３，４０４，５０１，５０２，５０３，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６…発光装置
１０，１４，１５，１６…光源装置
２１，２２，２３，４４１，４４３，５５１，６６１，６６２，６６３…光合成板
３１，３２…レンズ
３３，４３…拡散板
３４，４４，４４４…位相差板
３５，５５２，６６４，６６５…ダイクロイックミラー
３６，３７，４２…コンデンサレンズ
３８…円形基板
３９…蛍光体層
４０…モータ
４１…蛍光体ホイール装置
４５…反射板
５１…基板
５２…固体発光素子
５３…レンズ
５４…筐体
５５…電極
１００…白色光源装置
１２０，１３０…投写型映像表示装置
２００…第１の照明レンズアレイ板
２０１…第２の照明レンズアレイ板
２０２…偏光変換素子
２０３…重畳用レンズ
２０４…青反射のダイクロイックミラー
２０５…緑反射のダイクロイックミラー
２０６，２０７，２０８，６６６，６６７…反射ミラー
２０９，２１０…リレーレンズ
２１１，２１２，２１３…フィールドレンズ
２１４，２１５，２１６…入射側偏光板
２１７，２１８，２１９…液晶パネル
２２０，２２１，２２２…出射側偏光板
２２３…色合成プリズム
２２４…投写光学系
３００…集光レンズ
３０１…ロッド
３０２…リレーレンズ
３０３…反射ミラー
３０４…フィールドレンズ
３０５…全反射プリズム
３０６…空気層
３０７…カラープリズム
３０８…青反射のダイクロイックミラー
３０９…赤反射のダイクロイックミラー
３１０，３１１，３１２…ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
３１３…投写光学系
４４２…偏光ビームスプリッタ
【図１】
2020137749.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020137749.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020137749.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年6月4日(2021.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図１の例では、発光装置１はＹＺ面に沿って直線偏光した光を発生する。
複数の発光装置を配列して高輝度の光源装置を構成する場合、各発光装置からの合計の光束のサイズが大きくなると、光路上のミラー、レンズのサイズも大型化する。従って、白色光源装置のサイズおよびそれを用いる投写型映像表示装置のサイズも大型化する。このため本実施形態の光源装置１０では、複数の発光装置からの光を空間的な無駄なく高効率に合成する構成にしている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
白色光源装置１００は、複数の発光装置を備えて小型に構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射する。このため、小型かつ高輝度な投写型映像表示装置を実現することができる。また、光変調素子としてＤＭＤ３１０〜３１２を用いているので、液晶パネルを用いた光変調素子と比べて、高い耐光性及び耐熱性を有する投写型映像表示装置を構成することができる。さらに、３つのＤＭＤ３１０〜３１２を用いているので、色再現が良好であり、明るく高精細な投写映像を得ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
なお、本実施形態では、発光装置５０３からの赤色の光線Ｃ３が光合成板５５１の透過領域Ｂ５１を通過するように、発光装置５０３、光合成板５５１，５５２が配置されているが、光線Ｃ３は赤色光であり、ダイクロイック反射膜である反射領域Ａ５１に入射するように配置しても高い透過率で光合成板５５１を通過することが可能である。さらに、発光装置５０３から射出する光線Ｃ３は赤色光であり、反射領域Ａ５１および透過領域Ｂ５１に関係なく光合成板５５１を高い透過率で透過するので、発光装置５０３の固体発光素子の配列は、発光装置５０１の固体発光素子の配列と、必ずしも同一である必要はない。即ち、発光装置５０１の固体発光素子の配列が図２に示すような４個×５個の２次元のアレイ状であったとしても、発光装置５０３の固体発光素子の配列は、５個×５個のような異なる２次元のアレイ状であてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
なお、各発光装置から射出する光線の色に応じて、光合成板６６２の反射領域Ａ６２を形成するダイクロイック反射膜およびダイクロイックミラー６６４の反射および透過特性を選択することにより、各発光装置の固体発光素子が射出する光線の色を変更することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第３固体発光素子を有する第３発光装置と、
基体上に２次元のアレイ状に一定の間隔で近接配置された複数の第４固体発光素子を有する第４発光装置と、
前記第３発光装置から射出した前記複数の第３固体発光素子の光線を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記第３発光装置から射出した前記複数の第３固体発光素子の光線を透過する第３領域と、前記第４発光装置から射出した前記複数の第４固体発光素子の光線を反射する第４領域とを有する第２光合成板と、
前記第１光合成板の前記第１領域を透過した前記複数の第１固体発光素子からの光線および前記第１光合成板の前記第２領域で反射された前記第２固体発光素子からの光線を透過する位相差板と、をさらに備え、
前記位相差板を透過した前記複数の第１固体発光素子および前記複数の第２固体発光素子からの光線は、前記偏光ビームスプリッタおよび前記第２光合成板を透過し、
前記第２光合成板を経由した前記複数の第３固体発光素子および前記複数の第４固体発光素子からの光線の点像が最密充填配列をなしている、
請求項１に記載の光源装置。
【国際調査報告】
2020137749.tif 000018
2020137749.tif 000019
2020137749.tif 000020
2020137749.tif 000021
2020137749.tif 000022