光源装置及び画像表示装置
【課題】蛍光体を用いて、高輝度且つ高効率の照明光を実現する光源装置を、提供する。
【解決手段】光源装置は、第１光源部と、蛍光部と、第１照度均一化部と、リレー光学系とを、備えている。第１光源部は、レーザ光を放射する。蛍光部は、蛍光体を有する。蛍光体は、レーザ光によって励起される。第１照度均一化部は、レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する。第１照度均一化部は、第１光源部と蛍光部の間に配置されている。リレー光学系は、第１照度均一化部から出射されたレーザ光を、蛍光部に導光する。リレー光学系は、第１照度均一化部と蛍光部の間に配置されている。
【解決手段】光源装置は、第１光源部と、蛍光部と、第１照度均一化部と、リレー光学系とを、備えている。第１光源部は、レーザ光を放射する。蛍光部は、蛍光体を有する。蛍光体は、レーザ光によって励起される。第１照度均一化部は、レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する。第１照度均一化部は、第１光源部と蛍光部の間に配置されている。リレー光学系は、第１照度均一化部から出射されたレーザ光を、蛍光部に導光する。リレー光学系は、第１照度均一化部と蛍光部の間に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ及び蛍光体を用いた光源装置、特に、画像表示装置において使用する赤色、緑色、青色などの可視光を出射する光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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が、広く普及している。プロジェクタでは、光源から出射された光が、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）又は液晶表示素子といった空間光変調素子に、集光される。そして、集光された光は、空間光変調素子において映像信号によって変調され、出射される。そして、この出射光が、カラー映像として、スクリーン上に表示される。
【０００３】
これまで、プロジェクタでは、明るくて大画面の映像を得るために、高輝度の高圧水銀ランプが光源として使用されてきた。しかし、高圧水銀ランプを光源とした場合、有害物質である水銀がランプに含有されるという環境面での問題がある。また、高圧水銀ランプは、光源としての寿命が短く、メンテナンスが煩雑になる問題もある。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、高圧水銀ランプの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザなどの固体光源を用いた光源装置、及びそれらの光源装置を用いた画像表示装置が、提案されている。
【０００５】
レーザ光源は、高圧水銀ランプに比べて寿命が長い。また、レーザ光源は、コヒーレント光であるため、指向性が高く、光利用効率も高い。さらに、レーザ光源は、その単色性により、広い範囲で色を再現することができる。
【０００６】
しかしながら、レーザ光はその干渉性の高さゆえに、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。さらに、レーザ光が高出力で出射される場合、高出力レーザ光の人間の目への誤照射を回避するために、生体安全性を確保する必要がある。
【０００７】
また、ＬＥＤ光源では、上述のようなスペックルノイズや生体安全性は問題となりにくい。しかしながら、ＬＥＤ光源では、光源の発光面積が大きく、特に緑色ＬＥＤの光エネルギー密度が低い。このために、ＬＥＤ光源では、赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤを用いて、高輝度の画像表示装置を得ることは難しいのが現状である。
【０００８】
一方で、ＬＥＤ光源やレーザ光源を励起源として、蛍光体からの発光を固体光源として用いる光源装置や照明装置が、提案されている。また、これら装置を備えた画像表示装置も、提案されている。
【０００９】
蛍光体による光源装置では、高密度に集光可能なレーザ等を励起光源として用いることによって、発光面積の小さい高輝度光源を得ることができる。また、レーザを励起光源として用いたとしても、波長変換して得られる蛍光そのものはインコヒーレントな光である。このため、このタイプの光源装置では、スペックルノイズが発生せず、レーザ光のような集光も発生しないため、生体安全性の面においても好適である。
【００１０】
画像表示装置に適用できる高効率の光源装置を実現するためには、光源部の発光面積をなるべく小さくすることが好ましい。しかしながら、蛍光体に集光されるレーザ光のスポット径を小さくしすぎると、蛍光体の温度が上昇して蛍光体の発光効率が低下するという問題が発生する。これは温度消光と呼ばれており、蛍光体を用いる場合の重要な技術課題である。
【００１１】
ところで、画像表示装置のための照明光では、一般に、ＤＭＤや液晶表示相似素子の形状に合わせた矩形上の空間強度分布を有する照明光が、必要となる。このため、矩形上の断面を有するロッドインテグレータ等の照度均一化手段が、用いられることがある。この場合に蛍光体を光源として用いて高効率の光源装置を実現するためには、蛍光体の発光面の形状を、ロッドインテグレータの形状と略相似に揃えることが効果的である。
【００１２】
特許文献１では、青色半導体レーザを励起光源とし、回転する反射基板上に蛍光体を配置して蛍光を後方に取り出す反射型の構成としている。また、特許文献２では、紫外光を発生する放電ランプを、励起光源として、用いている。この特許文献２では、回転する透明基板上に蛍光体を配置して蛍光を前方に取り出す透過型の構成を、有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２０
【特許文献２】特開２０１０−１８１５２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１では、青色半導体レーザを励起光源とし、回転する反射基板上に蛍光体を配置して蛍光を後方に取り出す反射型の構成としている。特許文献１では、得られた蛍光を画像表示装置のための緑色照明光として使用しているが、蛍光体上のレーザ光スポットの空間分布については厳密に制御されていないため、（１）蛍光体上の蛍光の空間強度分布形状とロッドインテグレータの入射端面形状が整合せずに光学損失が発生する、（２）蛍光体上のレーザ光スポットが小さくなりすぎて温度消光の影響が大きくなる、といった問題点があった。
【００１５】
特許文献２では、紫外光を発生する放電ランプを励起光源とし、回転する透明基板上に蛍光体を配置して蛍光を前方に取り出す透過型の構成としている。特許文献２では、励起光源と蛍光体の間にロッドインテグレータを挿入し、蛍光体上に照射される励起光の空間強度分布をＤＭＤと同等の矩形状に整形しているが、ロッドインテグレータと、回転機構を有する蛍光体モジュールとの間に隙間が必要であるために、蛍光体上の励起光スポットが大きく拡がってしまい、高効率の照明装置を実現することが困難であった。
【００１６】
本技術は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、蛍光体を用いて、高輝度且つ高効率の照明光を実現する光源装置、及びそれを用いた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ここに開示される光源装置は、第１光源部と、蛍光部と、第１照度均一化部と、リレー光学系とを、備えている。第１光源部は、レーザ光を放射する。蛍光部は、蛍光体を有する。蛍光体は、レーザ光によって励起される。第１照度均一化部は、レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する。第１照度均一化部は、第１光源部と蛍光部の間に配置されている。リレー光学系は、第１照度均一化部から出射されたレーザ光を、蛍光部に導光する。リレー光学系は、第１照度均一化部と蛍光部の間に配置されている。
【００１８】
本技術では、蛍光体を励起するための励起光源としてレーザを使用しているため、高密度且つ高指向性の光を得ることができる。また、蛍光体上において、従来技術より小さな照射スポットを、形成することができる。さらに、複数のレーザ光源を用いることにより、励起光の光出力を容易に向上することができる。
【００１９】
また、本技術では、レーザ光源と蛍光体基板の間に、第１照度均一化部とリレー光学系を配置することにより、適切な空間強度分布と適切なスポット径とを有するレーザ光束を、蛍光体に照射できる。
【００２０】
ここで、第１照度均一化部とは、レーザ光束の空間強度分布を均一にするための光学系である。リレー光学系とは、第１照度均一化部により得られた均一なレーザ光束を、蛍光体上に結像させるための光学系である。
【発明の効果】
【００２１】
本技術によれば、長寿命で環境を害しない固体光源を用いて、明るくて高効率の光源装置を実現できる。またこれを利用した高画質の画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態による光源装置の構成図
【図２】第１の実施の形態による光源装置で使用した蛍光体ホイールの構成図
【図３】第２の実施の形態による光源装置の構成図
【図４】第３の実施の形態による光源装置の構成図
【図５】第３の実施の形態による光源装置で使用したダイクロイックミラーの４５度入射における透過スペクトル
【図６】第３の実施の形態による光源装置で使用した蛍光体ホイールの構成図
【図７】第４の実施の形態による光源装置の構成図
【図８】第４の実施の形態による光源装置で使用した蛍光体ホイールの構成図
【図９】第５の実施の形態による画像表示装置の構成図
【図１０】他の実施の形態による光源装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、光源装置及び画像表示装置の実施の形態を、図を用いて説明する。
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態による光源装置１０の構成図を、図１に示す。光源装置１０の出力光は、蛍光により構成されている。光源装置１０の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用可能である。
【００２４】
レーザ光源１０４（第１光源部の一例）は、波長約４４５ｎｍで発振する青色半導体レーザである。レーザ光源１０４は、高輝度の光源装置を実現するために、複数の半導体レーザにより構成されている。本実施の形態では、５×５のマトリクス上に合計２５個の半導体レーザが、配置されている。しかしながら、半導体レーザの数は、本実施の形態に限定されるものではなく、半導体レーザの光強度や光源装置から取り出したい出力光の強度などに応じて、適宜設定される。
【００２５】
レーザ光の波長についても、４４５ｎｍ付近の青色に限定されるものではなく、例えば、４０５ｎｍ付近で発振する紫色半導体レーザや、４００ｎｍ以下の紫外半導体レーザなどを適用してもよい。
【００２６】
レーザ光源１０４から出射されたレーザ光は、コリメートレンズアレイ１０５によってコリメートされる。コリメートレンズアレイ１０５の各レンズセルに対して、１つのレーザダイオードが配置されている。すなわち、コリメートレンズアレイ１０５は、２５個のレンズセルにより構成されている。本実施の形態では、コリメートレンズとしてレンズアレイが使用されているが、それぞれのレーザダイオードに対して独立したコリメートレンズを使用してもよい。
【００２７】
コリメートレンズアレイ１０５から出射されたレーザ光束は、合計２５のビームにより構成されている。２５のレーザビームのポインティングは、実質的に平行となっている。すなわち、２５のレーザビームは、実質的に平行光束となっている。その全体の光束が、集光レンズ１０６によって集光され、拡散板１０７を通過した後で、ロッドインテグレータ１０８（第１照度均一化部の一例）へとカップリングされる。合計２５のレーザビームが、損失なくロッドインテグレータ１０８へとカップリングされるように、コリメートレンズアレイ１０５と集光レンズ１０６が調整されている。
【００２８】
拡散板１０７は、ガラス平板である。拡散板１０７の片面には、微細な凹凸が施された拡散面が、形成されている。その拡散特性は、特に限定されないが、本実施の形態では、拡散角が３度（半値全幅）の拡散板を使用している。
【００２９】
ロッドインテグレータ１０８は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍの長方形で、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを使用している。ただし、ロッドインテグレータは、特に限定されるものではなく、上記のロッドインテグレータより大きなロッドインテグレータや、上記のロッドインテグレータより小さなロッドインテグレータを使用してもよい。また、ロッドインテグレータは、石英ガラス以外の光学ガラスを使用したり、四方の側面を反射ミラーにて形成した中空ロッド（ミラーロッド）を使用したりしてもよい。また、ロッドインテグレータは、入射端面と出射端面とのサイズが異なるテーパロッドとしてもよい。
【００３０】
ロッドインテグレータ入射面におけるレーザ光束の空間強度分布は、合計２５個のレーザビームの空間強度分布の重ね合わせにより与えられる。２５個の各レーザビームがロッドインテグレータ入射面において形成するレーザスポット位置には、機構交差及び光学収差の影響によって、偏りが発生する。そのため、ロッドインテグレータ入射面におけるレーザ光束全体の空間強度分布は、不均一となり、全体のレーザ光束径にもバラツキが発生しやすい。
【００３１】
しかしながら、ロッドインテグレータ内部での全反射の効果により、ロッドインテグレータから出射されるレーザ光束は、ロッドインテグレータ出射端面において空間強度分布が均一になり、且つ光束径についてもロッドインテグレータ出射端面の大きさで一意的に与えることが可能である。
【００３２】
ロッドインテグレータ１０８から出射されたレーザ光束は、コリメートレンズ１０９によって再び実質的に平行な光束へと変換される。そして、このレーザ光束は、集光レンズ１１０及び１１１によって集光され、蛍光体上へと照射される。すなわち、３枚のレンズ１０９、１１０、１１１によって、レーザ光束に対するリレー光学系が構成されている。これらリレー光学系によって、ロッドインテグレータ１０８出射端面の像が、蛍光体上に形成される。ここでは、リレー光学系の横倍率は０．２５であり、蛍光体上に形成されるレーザ光束のスポットは２．０ｍｍ×１．５ｍｍとなっている。
【００３３】
このように、蛍光体を励起するレーザ光が伝播する光学系の中に、ロッドインテグレータを配置し、且つロッドインテグレータからの出射光を縮小して蛍光体上に結像させることによって、空間強度分布が均一で、且つ適切なスポット径を有するレーザ光束を蛍光体に確実に照射することが可能となる。
【００３４】
本実施の形態では３枚のレンズによりリレー光学系が構成されているが、２枚以下のレンズによって構成されても、又は４枚以上のレンズによって構成されてもよい。また、その横倍率についても、１倍以下であることが好ましいが、特に限定されるものではない。
【００３５】
蛍光体ホイール１００（蛍光部の一例）は、基板１０１と、基板１０１上に塗布された蛍光体１０２と、蛍光体１０２が塗布された基板１０１を回転させるためのモーター１０３とにより、構成されている。
【００３６】
基板１０１は、レーザ光を透過可能な円形状の平行平板ガラスである。ガラスの両面には、それぞれ異なるコーティングが施されている。レーザ光束の入射側表面には、レーザ光に対する反射防止コートが、施されている。レーザ光束の出射側表面には、レーザ光に対して高透過且つ蛍光に対して高反射となるようなダイクロイックコート（反射部の一例、第１色分離部の一例）が、施されている。そして、当該ダイクロイックコートの上には、蛍光体１０２が薄膜上に形成されている。
【００３７】
図１中に示したようにｘｙｚ直交座標軸を定義した場合、蛍光体１０２が設けられている基板１０１の面は、ｘｙ面に平行な円形状に形成されている。基板１０１は、ｚ軸に平行な軸を回転軸として、モーター１０３によって回転可能となっている。
【００３８】
ｚ軸方向から見た蛍光体ホイール１００の具体的な構成を、図２に示す。基板２０１の直径は６０ｍｍである。基板２０１の最外周部分には、蛍光体２０２が、幅４ｍｍの円環状に、塗布されている。蛍光体２０２上におけるレーザ光照射スポット２０４の形状が、破線で示されている。紙面裏方向から（ｚ方向に）レーザ光が入射し、基板２０１を通過してから蛍光体２０２へと照射される。モーター２０３によって基板が回転しても、レーザ光束が常に蛍光体２０２上に照射されるように調整されている。
【００３９】
基板の直径については、特に限定されるものではないが、蛍光体２０２上に形成されるレーザ光スポット２０４の短軸方向（ｙ方向）の長さの１０倍以上であることが好ましい。また、蛍光体２０２の塗布幅についても、特に限定されるものではないが、蛍光体２０２上に形成されるレーザ光スポット２０４における図２中の長軸方向（ｘ軸方向）の長さに対して、蛍光体２０２の塗布幅が１倍以上２倍以下であることが好ましい。本実施の形態では、ｘ軸方向のレーザ光スポットの長さ２ｍｍに対して、蛍光体２０２の塗布幅はその２倍である４ｍｍとしている。さらに、モーターの回転数についても、特に限定されるものではないが、蛍光体２０２の発熱による効率低下の影響を抑制するために、１０００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
蛍光体２０２は、緑色〜黄色を主たる波長域として、蛍光を発する蛍光体である。この蛍光体２０２は、青色の励起光を効率的に吸収して蛍光を効率的に発光し、且つ温度消光に対する耐性が高い蛍光体であることが好ましい。本実施の形態では、セリウム付活ガーネット構造蛍光体であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋が、蛍光体２０２として使用されている。蛍光の主波長は、約５６０ｎｍである。
【００４１】
なお、蛍光体２０２の材料、例えば緑色蛍光体の材料は、特に限定されるものではない。例えば、セリウム付活ガーネット構造蛍光体以外では、波長４４５ｎｍの青色レーザで励起して緑色の蛍光を得ることができる蛍光体として、(Ｂａ，Ｓｒ)２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｓｒ３Ａｌ３Ｓｉ１３Ｎ２３：Ｅｕ２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００４２】
蛍光体層の作成方法も、特に限定されないが、印刷法、モールド法などが挙げられる。また、蛍光体層の適切な厚さも、塗布される蛍光体の種類や塗布の方法によって変化するので、特に限定されるものではないが、その平均厚さは、蛍光体粉末の平均粒径の１倍以上であることが好ましい。
【００４３】
蛍光体２０２（１０２）による蛍光は、本質的には全ての方向に等しく光が放たれる。粉末状の蛍光体２０２が基板上に薄膜上に配置されている場合は、蛍光は、散乱による影響を受けて、蛍光体層が配置された面の法線方向にピークを有するランバーシアンに近い配光分布を、有する。
【００４４】
ここでは、蛍光体層から放たれた蛍光の中で、ガラス基板１０１に向かう蛍光は、ガラス基板１０１上に施されたダイクロイックコートで反射される。具体的には、蛍光体層から後方（蛍光体層を基準としてレーザ光が入射される側の空間）に放たれる蛍光は、ガラス基板１０１上に施されたダイクロイックコートで反射される。このため、この構成では、結果的に、蛍光体層から前方にのみ、蛍光が取り出される。すなわち、この光源装置１０は、透過型の光源装置となっている。なお、上記の「後方」が示す方向は、図１において蛍光体層を基準として左側である。また、上記の「前方」が示す方向は、図１において蛍光体層を基準として右側である。
【００４５】
蛍光体ホイール１００から前方に取り出された蛍光光束は、コリメートレンズ１１２、１１３によってコリメートされた後、光源装置１０の出力光となる。
【００４６】
レーザ光を用いて蛍光体を励起する光学系において、ロッドインテグレータ１０８が無い場合（図１の光学系においてロッドインテグレータ１０８の長さが０の場合）は、前述のように、蛍光体上に照射されるレーザ光密度には、偏りが発生する。レーザ光密度が高くなりすぎると、蛍光体温度が上昇し、結果的に、温度消光の影響によって蛍光体の波長変換効率が低下してしまう。すなわち、本実施の形態のような構成を採用することにより、照度の均一化された小スポット径のレーザ光束を蛍光体に適切に照射することが可能となる。すなわち、高輝度の蛍光を高効率で取り出す光源装置を、提供することが可能となる。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態による光源装置３０の構成図を、図３に示す。光源装置３０の出力光は、赤色、緑色、青色の３色の可視光により構成されている。光源装置３０の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用可能である。本実施の形態における一部の構成要素は、第１の実施の形態の構成要素と同一である。以下では、重複する箇所については、説明を省略する。
【００４８】
レーザ光源３０４（第１光源部の一例）、コリメートレンズアレイ３０５、集光レンズ３０６、拡散板３０７は、第１の実施の形態と同一である。この場合も、拡散板３０７を通過したレーザ光束は、第１のロッドインテグレータ３０８（第１照度均一化部の一例）へと入射される。
【００４９】
第１のロッドインテグレータ３０８は、第１の実施の形態におけるロッドインテグレータ１０８と同様に、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍ、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。
【００５０】
第１のロッドインテグレータ３０８の出射端面形状は、第２のロッドインテグレータ３２１の入射端面形状と、実質的に相似である。具体的には、以下の関係が満足される。
【００５１】
Ｓ１×（β１2）×（β２2）≦Ｓ２
この関係では、Ｓ１は、第１のロッドインテグレータ３０８の出射端面積である。β１は、第１のロッドインテグレータ３０８の出射端面から蛍光体ホイール３００までのレーザ光の横倍率である。Ｓ２は、第２のロッドインテグレータ３２１の入射端面積である。β２は、蛍光体ホイール３００から第２のロッドインテグレータ３２１の入射端面までの蛍光の横倍率である。
【００５２】
第１のロッドインテグレータ３０８から出射されたレーザ光束は、コリメートレンズ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（第１色分離部の一例）へと入射される。
【００５３】
ダイクロイックミラー３１０は、レーザ光束の光軸に対して、略４５度に傾いて配置されている。ダイクロイックミラー３１０は、青色波長域において高透過であり、緑色波長域において高反射であり、赤色波長域において高透過である特性を、有している。
【００５４】
すべての青色半導体レーザは、その出射光の偏光方向が、図３に示すＰ偏光の直線偏光状態となるように、調整されている。レーザ光束は、ダイクロイックミラー３１０を通過するので、Ｐ偏光となるように配置した方が、ダイクロイックミラーにおいて高い透過率を得ることが可能となる。
【００５５】
ダイクロイックミラー３１０を通過したレーザ光束は、集光レンズ３１１、３１２によって集光され、蛍光体へと照射される。ここでは、３枚のレンズ３０９、３１１、３１２によって、リレー光学系が構成されている。第１群のレンズは、３０９である。第２群のレンズは、３１１、３１２である。第１群のレンズ３０９と第２群のレンズ３１１，３１２との間に、ダイクロイックミラー３１０が配置されている。
【００５６】
リレー光学系の横倍率は、０．２５である。蛍光体上に形成されるレーザ光束のスポットは、第１の実施の形態と同様に、２ｍｍ×１．５ｍｍとなっている。
【００５７】
蛍光体ホイール３００（蛍光部の一例）は、基板３０１と、基板３０１上に塗布された蛍光体３０２と、モーター３０３とにより、構成されている。モーター３０３は、蛍光体及び基板を、ｚ軸に平行な軸を回転軸として、回転させる。
【００５８】
基板３０１は、円形状のアルミ基板である。このアルミ基板の表面は、可視光に対して、反射鏡となっている。また、このアルミ基板の片側の表面（反射部の一例）には、可視光全域を高効率で反射するコーティングが、施されている。さらに、このコーティングの上に、蛍光を発する蛍光体３０２が、薄膜上に形成されている。
【００５９】
蛍光体の温度消光を考慮すると、基材は熱伝導が高い材料が好ましい。そのため、本実施の形態では、基板３０１の材料として、アルミを選んだが、特に限定されるものではなく、その他の高熱伝導の材料を使用してもよい。
【００６０】
第１の実施の形態と同様に、基板３０１の直径は、６０ｍｍである。基板３０１の最外周部分には、幅４ｍｍで円環状に蛍光体３０２が塗布されている。使用された蛍光体は、第１の実施の形態と同じく、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋である。
【００６１】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、前方（蛍光体層から見てレーザ光が入射される空間と反対側の空間）に放たれる蛍光は、アルミ基板表面によって反射される。すなわち、第２の実施の形態では、後方側のみに蛍光が取り出される反射型の構成となっている。
【００６２】
蛍光体における波長変換では、一般的に、後方成分の蛍光強度が、前方成分の蛍光強度よりも相対的に大きい。このため、第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の構成に比べて、より高効率で蛍光を取り出すことが可能となる。
【００６３】
レーザ光に対する集光レンズ３１１、３１２は、緑色蛍光体から放たれる蛍光に対しては、コリメートレンズとして作用する。集光レンズ３１１、３１２によって有効に取り出されてコリメートされた緑色蛍光光束は、ダイクロイックミラー３１０によって反射される。
【００６４】
第２の光源である青色ＬＥＤ３１３（第２光源部の一例）は、主波長が約４５５ｎｍの高出力ＬＥＤである。発光面は、４ｍｍ×３ｍｍの長方形状である。青色ＬＥＤから出射された青色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ３１４、３１５によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー３１９に入射される。
【００６５】
第３の光源である赤色ＬＥＤ３１６（第２光源部の一例）は、主波長が約６２５ｎｍの高出力ＬＥＤである。発光面は、４ｍｍ×３ｍｍの長方形状である。赤色ＬＥＤから出射された赤色ＬＥＤ光は、青色ＬＥＤ光と同様に、コリメートレンズ３１７、３１８によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー３１９に入射される。
【００６６】
ダイクロイックミラー３１９は、青色波長域において高反射となり、且つ赤色波長域において高透過となる特性を、有している。このため、両ＬＥＤからの出射光は空間的に合波され、ダイクロイックミラー３１０へと入射される。
【００６７】
ダイクロイックミラー３１０は、レーザ光と蛍光に対しては色分離部として作用する。一方で、ダイクロイックミラー３１０は、ＬＥＤ光に対しては色合成部として機能し、ＬＥＤ光と蛍光との合成を実現する。すなわち、ダイクロイックミラー３１０は、色分離部の機能と色合成部の機能とを兼ね備えた構成となっている。
【００６８】
ダイクロイックミラー３１０によって空間的に合波された光束（緑色蛍光、青色レーザ光、及び赤色レーザ光）は、集光レンズ３２０によって集光される。そして、この光束は、蛍光に対する照度均一化部である第２のロッドインテグレータ３２１（第２照度均一化部の一例）へと、入射される。第２のロッドインテグレータ３２１からの出射光は、コリメートレンズ３２２によってコリメートされ、本光源装置からの出力光として取り出される。
【００６９】
第２のロッドインテグレータ３２１は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍ、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。
【００７０】
ここで、第１及び第２のロッドインテグレータ断面の長軸方向、第２及び第３の光源の発光面の長軸方向は、いずれも図３における紙面に平行な面の方向で統一されている。
【００７１】
緑色蛍光に対しては、３枚のレンズ３１２、３１１、３２０が、蛍光体上から第２のロッドインテグレータ入射端面までのリレー光学系を、構成している。その横倍率は４．０である。そのため、第２のロッドインテグレータ入射端面上に形成される蛍光光束のスポット径は、略８ｍｍ×６ｍｍとなる。
【００７２】
一方、青色ＬＥＤ光に対しては、３枚のレンズ３１４、３１５、３２０が、ＬＥＤ発光面から第２のロッドインテグレータ入射端面までのリレー光学系を、構成している。同様に、赤色ＬＥＤ光に対しては、３枚のレンズ３１７、３１８、３２０が、ＬＥＤ発光面から第２のロッドインテグレータ入射端面までのリレー光学系を、構成している。両色ともにリレー光学系の横倍率を、２．０としている。このため、第２のロッドインテグレータ入射端面上に形成されるＬＥＤ光束のスポット径は、青色光及び赤色光の両方において、略８ｍｍ×６ｍｍとなる。
【００７３】
すなわち、第２のロッドインテグレータに入射される緑色蛍光、青色ＬＥＤ光、赤色ＬＥＤ光の光束形状が、ロッドインテグレータ入射端面形状と実質的に同一になるように調整されている。このため、各光を、効率的にロッドインテグレータにカップリングすることができる。
【００７４】
上述したように、本実施の形態のような構成を採用することにより、赤色光、緑色光、及び青色光の３色の可視光を高効率で取り出し可能な光源装置を、提供することが可能である。
【００７５】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態による光源装置４０の構成図を、図４に示す。光源装置４０の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の３つの時間セグメントの可視光によって、構成されている。光源装置の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用される。
【００７６】
レーザ光源４０５（第１光源部の一例）からコリメートレンズ４１０までの構成要素は、第２の実施の形態の構成要素と同一であるため、これらの説明を省略する。
【００７７】
ダイクロイックミラー４１１（第１色分離部の一例）は、レーザ光束の光軸に対して、略４５度に傾けて配置されている。ダイクロイックミラー４１１は、レーザ光の波長域においては、Ｐ偏光では高透過となり、Ｓ偏光では高反射となり、緑色〜赤色の波長域では偏光方向にかかわらず高反射となるような特性を、有する。そのため、Ｐ偏光に調整されている青色レーザ光は、ダイクロイックミラー４１１を通過する。
【００７８】
入射角が４５度の場合のダイクロイックミラー４１１の透過スペクトルを、図５に示す。２つのプロットでは、実線がＳ偏光の透過率を表し、破線がＰ偏光の透過率を表わす。ダイクロイックミラー４１１は、紫色の波長帯域において透過率が９０％以上と高透過であり、青色〜赤色の波長帯域において反射率が９０％以上と高反射である。透過率が５０％になるカットオフ波長は、Ｓ偏光が４３４ｎｍ、Ｐ偏光が４５６ｎｍである。カットオフ波長は、Ｓ偏光に比べて、Ｐ偏光の方が約２２ｎｍ長い。
【００７９】
ダイクロイックミラー４１１を通過したレーザ光は、４分の１波長板４１２によって、円偏光へと変換され、集光レンズ４１３、４１４によって蛍光体４０２上に集光される。
【００８０】
本実施の形態で使用された蛍光体ホイール４００（蛍光部の一例）は、アルミの基板４０１と、蛍光体４０２と、ダイクロイックフィルター４０３（第２色分離部の一例）と、モーター４０４とにより構成されている。アルミの基盤４０１の表面（反射部の一例）には、可視光が高反射となるように、コーティングが施されている。蛍光体４０２は、基板４０１の表面に塗布されている。ダイクロイックフィルター４０３は、基板４０１に取り付けられている。
【００８１】
蛍光体ホイール４００の具体的な構成を、図６に示す。蛍光体５０２（４０２）は、３つの空間セグメントにより構成されている。３つの空間セグメントは、赤色蛍光体層５０１１と、緑色蛍光体層５０１２と、蛍光体未塗布面５０１３とから構成されている。赤色蛍光体及び緑色蛍光体は、表面が鏡面状に加工された基板５０１上に塗布されている。蛍光体未塗布面５０１３は、金属鏡面となっている。
【００８２】
使用された緑色蛍光体の材料は、第１の実施の形態のそれと同一である。赤色蛍光体として、本実施の形態では、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋が使用されている。なお、波長４４５ｎｍの青色レーザで励起して、赤色の蛍光を得ることができるその他の蛍光体としては、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００８３】
ダイクロイックフィルター５０３は、蛍光体５０２（４０２）の外周側に配置されている。ダイクロイックフィルター５０３は、３つの空間セグメントにより構成されている。３つの空間セグメントは、赤色選択フィルター５０２１と、緑色選択フィルター５０２２と、青色選択フィルター５０２３とから構成されている。
【００８４】
赤色選択フィルター５０２１は、青色〜緑色の波長域において高反射となり、赤色の波長域において高透過となる特性を、有している。緑色選択フィルター５０２２は、青色及び赤色の波長域において高反射となり、緑色の波長域において高透過となる特性を、有している。青色選択フィルター５０２３は、青色波長域が高透過となる特性を、有している。青色選択フィルター５０２３では、出射側のガラス表面は平坦面ではなく、光が拡散するように微細な凹凸が施された拡散面となっている。本実施の形態では、拡散角が約３度（半値全幅）の拡散面としたが、拡散特性については、特に限定されるものではない。
【００８５】
蛍光体ホイール４００が回転することにより、レーザ光が照射される蛍光体５０２（４０２）上のスポットが、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、蛍光体未塗布面と周期的に切り替わる。それに対応して、蛍光体５０２（４０２）からの反射光は、赤色蛍光、緑色蛍光、青色レーザ光と、周期的に切り替わる。
【００８６】
レーザ光に対する集光レンズ４１３、４１４は、赤色蛍光体層５０１１及び緑色蛍光体層５０１２から放たれる蛍光に対して、コリメートレンズとして作用する。集光レンズ４１３、４１４によって取り出されてコリメートされた蛍光光束は、４分の１波長板４１２を通過した後、ダイクロイックミラー４１１によって反射される。
【００８７】
一方、蛍光体５０２（４０２）上の励起光照射スポットが、蛍光体未塗布面５０１３である場合は、レーザ光はそのまま反射される。そして、このレーザ光は、集光レンズ４１３、４１４によってコリメートされる。その後、このレーザ光は、４分の１波長板４１２を通過することによって、Ｓ偏光へと調整される。そして、このレーザ光は、ダイクロイックミラー４１１へと入射され、ダイクロイックミラー４１１によって反射される。
【００８８】
ダイクロイックミラー４１１によって反射された赤色蛍光、緑色蛍光、青色レーザ光（未変換の励起光）の光束は、反射ミラー４１５及び集光レンズ４１６を経て、ダイクロイックフィルター４０３を透過する。そして、この光束は、第２のロッドインテグレータ４１７（第２照度均一化部の一例）へとカップリングされる。
【００８９】
ここで、蛍光体４０２（５０２）上のレーザ光スポットが、赤色蛍光体層５０１１上に存在するような時間領域では、集光レンズ４１６によって集光されるダイクロイックフィルター４０３（５０３）上の集光スポットが、赤色選択フィルター５０２１の内部に位置するように、蛍光体ホイール４００（５００）のセグメントのレイアウトが調整されている（この時間領域を以下では赤色セグメントと呼ぶ）。すなわち、赤色セグメントの構成要素となる赤色蛍光体層５０１１と赤色選択フィルター５０２１とは、全周３６０度において分割角度は等しく、互いに１８０度対称な位置に配置されている。
【００９０】
同様に、緑色蛍光体層５０１２上にレーザ光が照射される時間領域（以下、緑色セグメントと呼ぶ）では、緑色選択フィルター５０２２中を光が通過する。蛍光体未塗布面５０１３上にレーザ光が照射される時間領域（以下、青色セグメントと呼ぶ）では、青色選択フィルター５０２３中を光が通過するように、蛍光体ホイール４００（５００）のセグメントのレイアウトが調整されている。
【００９１】
ダイクロイックフィルター４０３を使用することにより、赤色セグメントでは、蛍光へと波長変換されなかった不要な残留レーザ光が除去される。緑色セグメントでは、不要な残留レーザ光が除去されるとともに、緑色蛍光体から放たれる蛍光のうち、不要な長波長の蛍光成分が除去される。青色セグメントでは、スペクトル成分に変化はないが、回転する拡散素子を通過することにより、スペックルノイズが低減される。
【００９２】
第２のロッドインテグレータより出射される赤色、緑色、青色の３つのセグメントの光は、コリメートレンズ４１８によってコリメートされ、本光源装置からの出力光として取り出される。
【００９３】
本実施の形態においても、第１のロッドインテグレータ４０９（第１照度均一化部の一例）及び第２のロッドインテグレータ４１７は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍであり、且つ長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。第１のロッドインテグレータ４０９の出射端面から蛍光体４０２までのリレー光学系４１０、４１３、４１４では、レーザ光の横倍率は０．２５である。蛍光体４０２から第２のロッドインテグレータ４１７の入射端面までのリレー光学系の３つのセグメントの光の横倍率は、いずれも約４倍である。
【００９４】
なお、本実施の形態においても、第２の実施の形態に示した、第１のロッドインテグレータ３０８及び第２のロッドインテグレータ３２１の関係は、成立している。
【００９５】
本実施の形態のような構成を採用することにより、赤色光、緑色光、青色光の３色の可視光を簡便且つ効率的に取り出し可能な光源装置を、提供することが可能である。
【００９６】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態による光源装置６０の構成図を、図７に示す。第３の実施の形態と同様に、光源装置の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の３つの時間セグメントの可視光によって構成されている。光源装置の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用可能である。
【００９７】
レーザ光源６０４（第１光源部の一例）は、波長約４０５ｎｍで発振する紫色半導体レーザであり、他の実施の形態と同様に、合計２５個の半導体レーザが配置されている。レーザ光源６０４から出射されたレーザ光は、コリメートレンズアレイ６０５によってコリメートされる。そして、レーザ光は、拡散板６０６とダイクロイックミラー６０７（第３色分離部の一例）を通過した後、集光レンズ６０８によってロッドインテグレータ６０９（第１照度均一化部の一例）へとカップリングされる。
【００９８】
拡散板６０６は、ガラス平板である。拡散板６０６の片面には、拡散角が３度（半値全幅）の拡散面が、形成されている。ダイクロイックミラー６０７（第１色分離部の一例）は、レーザ光束の光軸に対して、略４５度傾けて配置されている。ダイクロイックミラー６０７は、紫色波長域において高透過となり、青色・緑色・赤色の波長域において高反射となる特性を、有している。
【００９９】
ロッドインテグレータ６０９は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍであり、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。ロッドインテグレータから出射されたレーザ光束は、コリメートレンズ６１０、集光レンズ６１１、６１２を経て、蛍光体６０２へと集光される。ここでは、コリメートレンズ６１０と、集光レンズ６１１、６１２とによって、リレー光学系が構成されている。
【０１００】
蛍光体ホイール６００（蛍光部の一例）は、基板６０１と、蛍光体６０２と、モーター６０３とにより、構成されている。基板６０１の表面（反射部の一例）は、可視光に対して反射鏡となっている。蛍光体６０２は、基板６０１上に塗布されている。モーター６０３は、蛍光体６０２及び基板６０１を、ｚ軸に平行な軸を回転軸として、回転させる。
【０１０１】
蛍光体ホイール６００の具体的な構成を、図８に示す。蛍光体７０２は、３つの空間セグメントにより構成されている。３つの空間セグメントは、赤色蛍光体層７０１１と、緑色蛍光体層７０１２と、青色蛍光体層７０１３とから構成されている。３つの空間セグメントは、円周方向に（３６０度の範囲において）、３つのセグメントに分割されている。蛍光体ホイール７００が回転駆動されると、レーザ光が照射されるスポットが、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層、そして再び赤色蛍光体層へと周期的に切り替わる。これにより、光源装置から３色の蛍光を取り出すことが可能となる。
【０１０２】
蛍光体６０２から後方に取り出された蛍光は、再び３枚のレンズ６１２、６１１、６１０を通過し、ロッドインテグレータ６０９にカップリングされる。ロッドインテグレータ６０９から出射された３色の蛍光は、集光レンズ６０８によってコリメートされた後、色分離手段であるダイクロイックミラー６０７によって反射される。そして、ダイクロイックミラー６０７によって反射された光束が、光源装置からの出力光となる。
【０１０３】
本実施の形態では、レーザ光に対する照度均一化部と、蛍光に対する照度均一化部とが、同一のロッドインテグレータ６０９によって構成されている。このため、本実施の形態では、小型化を実現可能な光源装置を、提供することが可能である。
【０１０４】
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態による画像表示装置の構成図を、図９に示す。本実施の形態は、第２の実施の形態で示した光源装置を用いた画像表示装置となっている。
【０１０５】
光源装置８０が、第２の実施の形態における図３で示した光源装置３０に、対応している。光源装置８０における出力光は、第２のロッドインテグレータ３２１の出射面で、照度が均一化されている。この出力光は、リレーレンズ８０１と、フィールドレンズ８０２と、全反射プリズム８０３とを通過し、画像表示素子であるＤＭＤ８０４に入射する。第２のロッドインテグレータ３２１の出射面形状が、ＤＭＤ８０４上に効率よく均一に集光できるように、光学系８０１，８０２，８０３が、構成されている。
【０１０６】
ＤＭＤ８０４では、複数の微小ミラーが２次限的に配置されている。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によって、各ミラーは、時間的に変調された信号光を、形成する。このＤＭＤ８０４が赤の映像信号によって駆動されているとき、光源装置８０においては、赤色ＬＥＤ３１６からの赤色光が出力されるように、ＤＭＤ８０４と光源装置８０との駆動タイミングが、制御されている。また、ＤＭＤ８０４が緑の映像信号によって駆動されるときは、レーザ光源３０４が点灯するように、ＤＭＤ８０４と光源装置８０とが制御されている。さらに、ＤＭＤ８０４が青の映像信号によって駆動されるときは、青色ＬＥＤ３１３が点灯するように、ＤＭＤ８０４と光源装置８０とが制御されている。ＤＭＤ８０４によって変調された信号光は、投映レンズ８０５によって、図示されていないスクリーンへと投写される。
【０１０７】
なお、ＤＭＤ８０４は、空間光変調素子の一例である。光学系８０１，８０２は、照明光学系の一例である。投映レンズ８０５は、投光光学系の一例である。
【０１０８】
本実施の形態で示した画像表示装置を構成することにより、小型で高効率であり、且つ長寿命の画像表示装置を、提供することができる。
【０１０９】
本実施の形態においては、第２の実施の形態で示した光源装置を使用して画像表示装置を構成したが、他の実施の形態で示した光源装置を適用して同様の画像表示装置を構成してもよい。
【０１１０】
〔まとめ〕
（１）光源装置１０、３０、４０、６０は、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４と、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００と、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９と、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）とを、備えている。
【０１１１】
レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４は、レーザ光を放射する。蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００は、レーザ光によって励起される蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２を、有する。ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９は、レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する。
【０１１２】
ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９は、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４と蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００の間に配置される。
【０１１３】
リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９から出射されたレーザ光を、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００に導光する。リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９と蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００の間に配置される。
【０１１４】
本技術では、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２を励起するための励起光源として、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４を使用している。このため、高密度且つ高指向性の光を得ることができる。また、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上において、小さな照射スポットを形成することができる。さらに、複数のレーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４を用いることにより、励起光の光出力を容易に向上させることができる。
【０１１５】
そして、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４と蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００との間には、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９と、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）とが、配置されている。これにより、適切な空間強度分布とスポット径とを有するレーザ光束を、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２に照射することができる。
【０１１６】
ここで、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９は、レーザ光束の空間強度分布を均一にするための光学系である。また、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９により得られた均一なレーザ光束を、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上に結像させるための光学系である。
【０１１７】
（２）光源装置１０、３０、４０、６０では、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００は、反射基板１０１、３０１、４０１、６０１を、さらに有している。蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２は、反射基板１０１、３０１、４０１、６０１の表面に設けられている。蛍光は反射基板１０１、３０１、４０１、６０１によって反射される。
【０１１８】
本技術では、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２から出射される蛍光を、反射基板１０１、３０１、４０１、６０１によって反射することができるので、蛍光を一方向に効率的に出力することができる。
【０１１９】
（３）光源装置１０、３０、４０、６０は、ダイクロイックコート１０１又はダイクロイックミラー３１０、４１１、６０７を、さらに備えている。ダイクロイックコート１０１又はダイクロイックミラー３１０、４１１、６０７は、レーザ光と蛍光とを空間的に分離する。
【０１２０】
本技術では、図１に示したような透過型の構成の場合、ダイクロイックコート１０１が、レーザ光束を蛍光体へと案内し、且つ蛍光体から出射される蛍光光束を反射する。これにより、蛍光光束を効率的に出力することができる。また、図３、図４、図７に示したような反射型の構成の場合、蛍光体に入射されるレーザ光束と蛍光体から出射される蛍光光束は、同一空間において進行方向が逆向きとなっているため、ダイクロイックミラー３１０、４１１、６０７によって、蛍光をレーザ光と空間的に確実に分離することができる。
【０１２１】
（４）光源装置１０、３０、４０、６０は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９を、備えている。
【０１２２】
本技術では、空間的に均一な光強度分布を有するレーザ光束と蛍光光束とを、簡単な構成で得ることができる。より具体的には、矩形状の均一な空間強度分布を、レーザ光束及び蛍光光束に対して、容易に形成することができる。
【０１２３】
（５）光源装置１０、３０、４０、６０では、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、少なくとも２つのレンズ群により構成されている。
【０１２４】
本技術では、隣接するレンズ群の間で、レーザ光束が実質的にコリメート光になるように、リレー光学系を形成することによって、光束スポットを蛍光体上に高精度に形成することができる。
【０１２５】
（６）光源装置３０、４０では、リレー光学系は、第１レンズ群３０９、４１０、及び第２レンズ群（３１１、３１２）、（４１３、４１４）を、有している。ダイクロイックミラー３１０、４１２は、第１レンズ群３０９，４１０と第２レンズ群（３１１、３１２）、（４１３、４１４）の間に、配置される。
【０１２６】
本技術では、例えば、第１レンズ群３０９、４１０と第２レンズ群（３１１、３１２）、（４１３、４１４）の間で、レーザ光束が実質的にコリメート光になるように、リレー光学系が構成されている。これによって、ダイクロイックミラー３１０、４１２に入射する光束の入射角を、実質的に一定にすることができる。すなわち、ダイクロイックミラー３１０、４１２による光の損失を、抑制することができる。
【０１２７】
（７）光源装置３０、４０では、ダイクロイックミラー３１０、４１１が、ロッドインテグレータ３０８、４０９と蛍光体ホイール３００、４００との間に、配置されている。
【０１２８】
本技術では、ロッドインテグレータ３０８、４０９において光束を均一化し、且つダイクロイックミラー３１０、４１１によって、蛍光をレーザ光と空間的に確実に分離することができる。
【０１２９】
（８）光源装置３０、４０は、ロッドインテグレータ３２１、４１７（第２のロッドインテグレータ）を、さらに備えている。
【０１３０】
一般的に、画像表示装置の照明光として蛍光を使用する場合は、均一な空間強度分布が必要になるため、蛍光の空間強度分布を均一化するための均一化手段を、適用することが好ましい。
【０１３１】
本技術では、ロッドインテグレータ３２１、４１７によって、蛍光を、空間的に均一な光強度分布に変換して出力することができる。具体的には、空間的に均一な光強度分布を有する蛍光光束を、簡単な構成で得ることができる。より具体的には、矩形状の均一な空間強度分布を有する蛍光光束を、容易に形成することができる。
【０１３２】
（９）光源装置３０、４０では、ロッドインテグレータ３０８、４０９の出射端面形状は、ロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面形状と、実質的に相似である。具体的には、光源装置６０では、以下の関係が満足される。
【０１３３】
Ｓ１×（β１2）×（β２2）≦Ｓ２
この関係では、Ｓ１は、ロッドインテグレータ３０８、４０９の出射端面積である。β１は、ロッドインテグレータ３０８、４０９の出射端面から蛍光体ホイール６００までのレーザ光の横倍率である。Ｓ２は、ロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面積である。β２は、蛍光体ホイール３００、４００からロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面までの蛍光の横倍率である。
【０１３４】
本技術では、ロッドインテグレータ３２１、４１７に入射される蛍光光束について、その空間強度分布がロッドインテグレータ３０８、４０９の入射端面の形状と同等になる。また、ロッドインテグレータ３２１、４１７の光束径も、ロッドインテグレータ３０８、４０９の入射端面径と同等以下になる。このため、ロッドインテグレータへのカップリング効率を、向上することができる。なお、上記の関係が成立しない場合、ロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面における蛍光光束径が大きくなりすぎてしまう。このため、ロッドインテグレータへのカップリング損失が大きくなるおそれがある。
【０１３５】
（１０）光源装置６０では、ロッドインテグレータ６０９によって、レーザ光照度均一化及び蛍光照度均一化が、実現される。
【０１３６】
本技術では、単一のロッドインテグレータ６０９によって、レーザ光束の空間強度分布と蛍光光束の空間強度分布とを同時に均一化できる。これにより、光源装置６０を小型化することができる。
【０１３７】
（１１）光源装置３０は、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６を、さらに備えている。青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６は、蛍光体３０２から出射される蛍光と異なる波長の光を放射する。青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６における発光部の形状は、ロッドインテグレータ３０８の出射端面形状と、実質的に相似である。
【０１３８】
本技術では、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４とは異なる光源、例えば、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６を使用することにより、複数の色光を有する光源装置３０を、提供することができる。このような光源装置３０は、画像表示装置に適用する際などに好適である。
【０１３９】
また、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６における発光部の形状を、ロッドインテグレータ３０８の出射端面形状と実質的に相似にすることによって、光束及び／又は蛍光光束を、高効率で同時に利用することが可能となる。
【０１４０】
（１２）光源装置４０は、レーザ光と蛍光とを空間的に分離するためのダイクロイックフィルター４０３を、さらに備えている。
【０１４１】
本技術では、ダイクロイックフィルター４０３を使用しているので、例えば、赤色セグメントでは、蛍光へと波長変換されなかった不要な残留レーザ光を、除去できる。また、緑色セグメントでは、不要な残留レーザ光を除去でき、且つ緑色蛍光体から放たれる蛍光のうち、不要な長波長の蛍光成分を除去できる。青色セグメントでは、スペックルノイズを低減できる。
【０１４２】
（１３）光源装置６０では、ダイクロイックミラー６０７が、レーザ光源６０４とロッドインテグレータ６０９との間に、配置される。
【０１４３】
本技術では、ロッドインテグレータ６０９によって均一化されたレーザ光束と蛍光光束とを、ダイクロイックミラー６０７によって、空間的に簡便に分離できる。また、単一のロッドインテグレータ６０９によって、レーザ光束の空間強度分布と蛍光光束の空間強度分布と同時に均一化できるので、小型の光源装置を実現することができる。
【０１４４】
（１４）光源装置１０、３０、４０、６０では、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９の出射端面におけるレーザ光の横幅に対する、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００におけるレーザ光の横幅は、１よりも小さい。レーザ光の横幅は、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）によって、設定される。
【０１４５】
一般的に、光源装置において蛍光を高効率で利用するためには、蛍光体上のレーザ光スポット径をある程度小さくすることが必要である。このためには、リレー光学系の倍率を小さく設定することが、効果的である。
【０１４６】
本技術では、レーザ光の横倍率が１よりも小さいので、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９の出射端面の径よりも小さなレーザ照射スポット径を、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上に形成することができる。
【０１４７】
なお、リレー光学系の倍率を小さくするかわりに、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９の出射端面の径を小さくすることによって、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上のレーザ光スポット径を、小さくすることもできる。しかしながら、この場合、次のような問題が発生する。例えば、（ａ）小口径のロッドインテグレータを高精度で作成することが難しい、（ｂ）ロッドインテグレータ入射端面径を小さくするとレーザ光のカップリングロスが発生しやすくなる、などの問題が、発生する。このため、リレー光学系の倍率によって、蛍光体上のレーザ光スポット径を制御することが望ましい。
【０１４８】
（１５）光源装置３０、４０、６０では、蛍光体ホイール３００、４００、６００から出射される蛍光の進行方向と、蛍光体ホイール３００、４００、６００に入射されるレーザ光の進行方向とは、実質的に反対方向である。
【０１４９】
この技術では、蛍光光束の進行方向が、レーザ光束の進行方向と実質的に反対方向になっている。すなわち、光源装置３０、４０、６０は、反射型の光源装置である。この場合、具体的には、ｘｙｚ直交座標系において、ｚ＝０の平面上に蛍光体層を配置し、ｘ＝ｙ＝０の点を中心にｚ＞０の空間からレーザ光束を照射した場合、蛍光光束がｚ＞０の空間に取り出される。蛍光体に入射するレーザ光束の光軸は−ｚ方向であり、蛍光体から出要される蛍光光束の光軸は＋ｚ方向である。このような反射型の構成とすることで、蛍光体が発する蛍光を高い効率で取り出すことができる。
【０１５０】
（１６）光源装置１０、３０、４０では、レーザ光源１０４、３０４、４０５の発振波長が、４３５ｎｍ以上で４７０ｎｍ以下の青色半導体レーザ光源である。
【０１５１】
本技術では、励起光源として青色レーザを使用することにより、緑色、黄色、赤色の蛍光体を、効率的に励起することができる。特に、温度消光特性に優れたセリウム付活ガーネット構造蛍光体の励起において好適である。
【０１５２】
（１７）光源装置６０では、レーザ光源６０４の発振波長が、３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の紫色半導体レーザ光源である。
【０１５３】
本技術では、励起光源として紫色レーザを使用することにより、緑色、黄色、赤色の蛍光体を効率的に励起できることに加えて、青色蛍光体も励起することができる。
【０１５４】
（１８）光源装置１０、３０、４０、６０では、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２は、青色、緑色、黄色、赤色のいずれかの可視光を、主波長として蛍光を発する。
【０１５５】
本技術では、このような波長域の蛍光体は、画像表示装置に用いる光源装置として好適である。
【０１５６】
（１９）画像表示装置は、上述した光源装置８０と、空間光変調素子８０４と、照明光学系８０１、８０２と、投写光学系８０５とを、備えている。空間光変調素子８０４は、光源装置８０から出力された光を変調する。照明光学系８０１、８０２は、光源装置８０からの光を空間光変調素子８０４へと導光する。投写光学系８０５は、空間光変調素子８０４から射出された画像を、スクリーンに投写する。これにより、上述した効果を有する画像表示装置を提供することができる。
【０１５７】
〔他の実施の形態〕
（Ａ）上記実施の形態では、図４に示すように、ダイクロイックミラー４１１によって反射された光束が、反射ミラー４１５及び集光レンズ４１６を経て、ダイクロイックフィルター４０３を透過する場合の例を示した。これに代えて、図１０に示すように、ダイクロイックミラー４１１によって反射された光束が、光源装置から出射されるようにしてもよい。
【０１５８】
図４において、ダイクロイックミラー４１１、反射ミラー４１５、集光レンズ４１６、ダイクロイックフィルター４０３、第２のロッドインテグレータ４１７、及びコリメートレンズ４１８を除いた光源装置が、図１０の光源装置となっている。このように構成しても、本技術を実現することができる。図１０の構成は、図４の構成に含まれているので、ここでは説明を省略する。なお、図１０では、図４と同じ部材には、図４の符号に「ａ」を付している。
【０１５９】
（Ｂ）上記実施の形態では、色分離部の一例として、ダイクロイックミラーが用いられる場合の例を、示した。しかしながら、色分離部の方式は、上記実施の形態に限定されない。また、ダイクロイックミラーに対する入射光束の角度も、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態では、ダイクロイックミラーに対する入射光束の好適な角度として、レーザ光束及び蛍光光束の光軸に対して約４５度が、用いられている。
【０１６０】
（Ｃ）上記実施の形態では、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４とは異なる光源として、例えば、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６が、用いられる場合の例を、示した。レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４とは異なる光源を用いる場合、光源の種類は、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態では、好ましい光源の例として、矩形状の面光源を形成しやすいＬＥＤが、用いられている。また、光源の発光色も、上記実施の形態に限定されないが、好適な例としては、赤色、青色、緑色などが挙げられる。
【符号の説明】
【０１６１】
１０、３０、４０、６０、８０ 光源装置
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 蛍光体ホイール
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１ 基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２ 蛍光体
１０３、２０３、３０３、４０４、５０４、６０３、７０４ モーター
１０４、３０４、４０５、６０４ レーザ光源
１０５、３０５、４０６、６０５ コリメートレンズアレイ
１０６、１１０、１１１、３０６、３１１、３１２、３２０、４０７、４１３、４１４、４１６、６０８、６１１、６１２ 集光レンズ
１０７、３０７、４０８、６０６ 拡散板
１０８、６０９ ロッドインテグレータ
１０９、１１２、１１３、３０９、３１４、３１５、３１７、３１８、３２２、４１０、４１８、６１０ コリメートレンズ
２０４ レーザ光照射スポット
３０８、４０９ 第１のロッドインテグレータ
３１０、３１９、４１１、６０７ ダイクロイックミラー
３１３ 青色ＬＥＤ
３１６ 赤色ＬＥＤ
３２１、４１７ 第２のロッドインテグレータ
４０３、５０３ ダイクロイックフィルター
４１２ ４分の１波長板
４１５ 反射ミラー
５０１１、７０１１ 赤色蛍光体層
５０１２、７０１２ 緑色蛍光体層
５０１３ 蛍光体未塗布面
５０２１ 赤色選択フィルター
５０２２ 緑色選択フィルター
５０２３ 青色選択フィルター
７０１３ 青色蛍光体層
８０１ リレーレンズ
８０２ フィールドレンズ
８０３ 全反射プリズム
８０４ ＤＭＤ
８０５ 投映レンズ
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ及び蛍光体を用いた光源装置、特に、画像表示装置において使用する赤色、緑色、青色などの可視光を出射する光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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が、広く普及している。プロジェクタでは、光源から出射された光が、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）又は液晶表示素子といった空間光変調素子に、集光される。そして、集光された光は、空間光変調素子において映像信号によって変調され、出射される。そして、この出射光が、カラー映像として、スクリーン上に表示される。
【０００３】
これまで、プロジェクタでは、明るくて大画面の映像を得るために、高輝度の高圧水銀ランプが光源として使用されてきた。しかし、高圧水銀ランプを光源とした場合、有害物質である水銀がランプに含有されるという環境面での問題がある。また、高圧水銀ランプは、光源としての寿命が短く、メンテナンスが煩雑になる問題もある。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、高圧水銀ランプの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザなどの固体光源を用いた光源装置、及びそれらの光源装置を用いた画像表示装置が、提案されている。
【０００５】
レーザ光源は、高圧水銀ランプに比べて寿命が長い。また、レーザ光源は、コヒーレント光であるため、指向性が高く、光利用効率も高い。さらに、レーザ光源は、その単色性により、広い範囲で色を再現することができる。
【０００６】
しかしながら、レーザ光はその干渉性の高さゆえに、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。さらに、レーザ光が高出力で出射される場合、高出力レーザ光の人間の目への誤照射を回避するために、生体安全性を確保する必要がある。
【０００７】
また、ＬＥＤ光源では、上述のようなスペックルノイズや生体安全性は問題となりにくい。しかしながら、ＬＥＤ光源では、光源の発光面積が大きく、特に緑色ＬＥＤの光エネルギー密度が低い。このために、ＬＥＤ光源では、赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤを用いて、高輝度の画像表示装置を得ることは難しいのが現状である。
【０００８】
一方で、ＬＥＤ光源やレーザ光源を励起源として、蛍光体からの発光を固体光源として用いる光源装置や照明装置が、提案されている。また、これら装置を備えた画像表示装置も、提案されている。
【０００９】
蛍光体による光源装置では、高密度に集光可能なレーザ等を励起光源として用いることによって、発光面積の小さい高輝度光源を得ることができる。また、レーザを励起光源として用いたとしても、波長変換して得られる蛍光そのものはインコヒーレントな光である。このため、このタイプの光源装置では、スペックルノイズが発生せず、レーザ光のような集光も発生しないため、生体安全性の面においても好適である。
【００１０】
画像表示装置に適用できる高効率の光源装置を実現するためには、光源部の発光面積をなるべく小さくすることが好ましい。しかしながら、蛍光体に集光されるレーザ光のスポット径を小さくしすぎると、蛍光体の温度が上昇して蛍光体の発光効率が低下するという問題が発生する。これは温度消光と呼ばれており、蛍光体を用いる場合の重要な技術課題である。
【００１１】
ところで、画像表示装置のための照明光では、一般に、ＤＭＤや液晶表示相似素子の形状に合わせた矩形上の空間強度分布を有する照明光が、必要となる。このため、矩形上の断面を有するロッドインテグレータ等の照度均一化手段が、用いられることがある。この場合に蛍光体を光源として用いて高効率の光源装置を実現するためには、蛍光体の発光面の形状を、ロッドインテグレータの形状と略相似に揃えることが効果的である。
【００１２】
特許文献１では、青色半導体レーザを励起光源とし、回転する反射基板上に蛍光体を配置して蛍光を後方に取り出す反射型の構成としている。また、特許文献２では、紫外光を発生する放電ランプを、励起光源として、用いている。この特許文献２では、回転する透明基板上に蛍光体を配置して蛍光を前方に取り出す透過型の構成を、有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２０
【特許文献２】特開２０１０−１８１５２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１では、青色半導体レーザを励起光源とし、回転する反射基板上に蛍光体を配置して蛍光を後方に取り出す反射型の構成としている。特許文献１では、得られた蛍光を画像表示装置のための緑色照明光として使用しているが、蛍光体上のレーザ光スポットの空間分布については厳密に制御されていないため、（１）蛍光体上の蛍光の空間強度分布形状とロッドインテグレータの入射端面形状が整合せずに光学損失が発生する、（２）蛍光体上のレーザ光スポットが小さくなりすぎて温度消光の影響が大きくなる、といった問題点があった。
【００１５】
特許文献２では、紫外光を発生する放電ランプを励起光源とし、回転する透明基板上に蛍光体を配置して蛍光を前方に取り出す透過型の構成としている。特許文献２では、励起光源と蛍光体の間にロッドインテグレータを挿入し、蛍光体上に照射される励起光の空間強度分布をＤＭＤと同等の矩形状に整形しているが、ロッドインテグレータと、回転機構を有する蛍光体モジュールとの間に隙間が必要であるために、蛍光体上の励起光スポットが大きく拡がってしまい、高効率の照明装置を実現することが困難であった。
【００１６】
本技術は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、蛍光体を用いて、高輝度且つ高効率の照明光を実現する光源装置、及びそれを用いた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ここに開示される光源装置は、第１光源部と、蛍光部と、第１照度均一化部と、リレー光学系とを、備えている。第１光源部は、レーザ光を放射する。蛍光部は、蛍光体を有する。蛍光体は、レーザ光によって励起される。第１照度均一化部は、レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する。第１照度均一化部は、第１光源部と蛍光部の間に配置されている。リレー光学系は、第１照度均一化部から出射されたレーザ光を、蛍光部に導光する。リレー光学系は、第１照度均一化部と蛍光部の間に配置されている。
【００１８】
本技術では、蛍光体を励起するための励起光源としてレーザを使用しているため、高密度且つ高指向性の光を得ることができる。また、蛍光体上において、従来技術より小さな照射スポットを、形成することができる。さらに、複数のレーザ光源を用いることにより、励起光の光出力を容易に向上することができる。
【００１９】
また、本技術では、レーザ光源と蛍光体基板の間に、第１照度均一化部とリレー光学系を配置することにより、適切な空間強度分布と適切なスポット径とを有するレーザ光束を、蛍光体に照射できる。
【００２０】
ここで、第１照度均一化部とは、レーザ光束の空間強度分布を均一にするための光学系である。リレー光学系とは、第１照度均一化部により得られた均一なレーザ光束を、蛍光体上に結像させるための光学系である。
【発明の効果】
【００２１】
本技術によれば、長寿命で環境を害しない固体光源を用いて、明るくて高効率の光源装置を実現できる。またこれを利用した高画質の画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態による光源装置の構成図
【図２】第１の実施の形態による光源装置で使用した蛍光体ホイールの構成図
【図３】第２の実施の形態による光源装置の構成図
【図４】第３の実施の形態による光源装置の構成図
【図５】第３の実施の形態による光源装置で使用したダイクロイックミラーの４５度入射における透過スペクトル
【図６】第３の実施の形態による光源装置で使用した蛍光体ホイールの構成図
【図７】第４の実施の形態による光源装置の構成図
【図８】第４の実施の形態による光源装置で使用した蛍光体ホイールの構成図
【図９】第５の実施の形態による画像表示装置の構成図
【図１０】他の実施の形態による光源装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、光源装置及び画像表示装置の実施の形態を、図を用いて説明する。
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態による光源装置１０の構成図を、図１に示す。光源装置１０の出力光は、蛍光により構成されている。光源装置１０の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用可能である。
【００２４】
レーザ光源１０４（第１光源部の一例）は、波長約４４５ｎｍで発振する青色半導体レーザである。レーザ光源１０４は、高輝度の光源装置を実現するために、複数の半導体レーザにより構成されている。本実施の形態では、５×５のマトリクス上に合計２５個の半導体レーザが、配置されている。しかしながら、半導体レーザの数は、本実施の形態に限定されるものではなく、半導体レーザの光強度や光源装置から取り出したい出力光の強度などに応じて、適宜設定される。
【００２５】
レーザ光の波長についても、４４５ｎｍ付近の青色に限定されるものではなく、例えば、４０５ｎｍ付近で発振する紫色半導体レーザや、４００ｎｍ以下の紫外半導体レーザなどを適用してもよい。
【００２６】
レーザ光源１０４から出射されたレーザ光は、コリメートレンズアレイ１０５によってコリメートされる。コリメートレンズアレイ１０５の各レンズセルに対して、１つのレーザダイオードが配置されている。すなわち、コリメートレンズアレイ１０５は、２５個のレンズセルにより構成されている。本実施の形態では、コリメートレンズとしてレンズアレイが使用されているが、それぞれのレーザダイオードに対して独立したコリメートレンズを使用してもよい。
【００２７】
コリメートレンズアレイ１０５から出射されたレーザ光束は、合計２５のビームにより構成されている。２５のレーザビームのポインティングは、実質的に平行となっている。すなわち、２５のレーザビームは、実質的に平行光束となっている。その全体の光束が、集光レンズ１０６によって集光され、拡散板１０７を通過した後で、ロッドインテグレータ１０８（第１照度均一化部の一例）へとカップリングされる。合計２５のレーザビームが、損失なくロッドインテグレータ１０８へとカップリングされるように、コリメートレンズアレイ１０５と集光レンズ１０６が調整されている。
【００２８】
拡散板１０７は、ガラス平板である。拡散板１０７の片面には、微細な凹凸が施された拡散面が、形成されている。その拡散特性は、特に限定されないが、本実施の形態では、拡散角が３度（半値全幅）の拡散板を使用している。
【００２９】
ロッドインテグレータ１０８は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍの長方形で、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを使用している。ただし、ロッドインテグレータは、特に限定されるものではなく、上記のロッドインテグレータより大きなロッドインテグレータや、上記のロッドインテグレータより小さなロッドインテグレータを使用してもよい。また、ロッドインテグレータは、石英ガラス以外の光学ガラスを使用したり、四方の側面を反射ミラーにて形成した中空ロッド（ミラーロッド）を使用したりしてもよい。また、ロッドインテグレータは、入射端面と出射端面とのサイズが異なるテーパロッドとしてもよい。
【００３０】
ロッドインテグレータ入射面におけるレーザ光束の空間強度分布は、合計２５個のレーザビームの空間強度分布の重ね合わせにより与えられる。２５個の各レーザビームがロッドインテグレータ入射面において形成するレーザスポット位置には、機構交差及び光学収差の影響によって、偏りが発生する。そのため、ロッドインテグレータ入射面におけるレーザ光束全体の空間強度分布は、不均一となり、全体のレーザ光束径にもバラツキが発生しやすい。
【００３１】
しかしながら、ロッドインテグレータ内部での全反射の効果により、ロッドインテグレータから出射されるレーザ光束は、ロッドインテグレータ出射端面において空間強度分布が均一になり、且つ光束径についてもロッドインテグレータ出射端面の大きさで一意的に与えることが可能である。
【００３２】
ロッドインテグレータ１０８から出射されたレーザ光束は、コリメートレンズ１０９によって再び実質的に平行な光束へと変換される。そして、このレーザ光束は、集光レンズ１１０及び１１１によって集光され、蛍光体上へと照射される。すなわち、３枚のレンズ１０９、１１０、１１１によって、レーザ光束に対するリレー光学系が構成されている。これらリレー光学系によって、ロッドインテグレータ１０８出射端面の像が、蛍光体上に形成される。ここでは、リレー光学系の横倍率は０．２５であり、蛍光体上に形成されるレーザ光束のスポットは２．０ｍｍ×１．５ｍｍとなっている。
【００３３】
このように、蛍光体を励起するレーザ光が伝播する光学系の中に、ロッドインテグレータを配置し、且つロッドインテグレータからの出射光を縮小して蛍光体上に結像させることによって、空間強度分布が均一で、且つ適切なスポット径を有するレーザ光束を蛍光体に確実に照射することが可能となる。
【００３４】
本実施の形態では３枚のレンズによりリレー光学系が構成されているが、２枚以下のレンズによって構成されても、又は４枚以上のレンズによって構成されてもよい。また、その横倍率についても、１倍以下であることが好ましいが、特に限定されるものではない。
【００３５】
蛍光体ホイール１００（蛍光部の一例）は、基板１０１と、基板１０１上に塗布された蛍光体１０２と、蛍光体１０２が塗布された基板１０１を回転させるためのモーター１０３とにより、構成されている。
【００３６】
基板１０１は、レーザ光を透過可能な円形状の平行平板ガラスである。ガラスの両面には、それぞれ異なるコーティングが施されている。レーザ光束の入射側表面には、レーザ光に対する反射防止コートが、施されている。レーザ光束の出射側表面には、レーザ光に対して高透過且つ蛍光に対して高反射となるようなダイクロイックコート（反射部の一例、第１色分離部の一例）が、施されている。そして、当該ダイクロイックコートの上には、蛍光体１０２が薄膜上に形成されている。
【００３７】
図１中に示したようにｘｙｚ直交座標軸を定義した場合、蛍光体１０２が設けられている基板１０１の面は、ｘｙ面に平行な円形状に形成されている。基板１０１は、ｚ軸に平行な軸を回転軸として、モーター１０３によって回転可能となっている。
【００３８】
ｚ軸方向から見た蛍光体ホイール１００の具体的な構成を、図２に示す。基板２０１の直径は６０ｍｍである。基板２０１の最外周部分には、蛍光体２０２が、幅４ｍｍの円環状に、塗布されている。蛍光体２０２上におけるレーザ光照射スポット２０４の形状が、破線で示されている。紙面裏方向から（ｚ方向に）レーザ光が入射し、基板２０１を通過してから蛍光体２０２へと照射される。モーター２０３によって基板が回転しても、レーザ光束が常に蛍光体２０２上に照射されるように調整されている。
【００３９】
基板の直径については、特に限定されるものではないが、蛍光体２０２上に形成されるレーザ光スポット２０４の短軸方向（ｙ方向）の長さの１０倍以上であることが好ましい。また、蛍光体２０２の塗布幅についても、特に限定されるものではないが、蛍光体２０２上に形成されるレーザ光スポット２０４における図２中の長軸方向（ｘ軸方向）の長さに対して、蛍光体２０２の塗布幅が１倍以上２倍以下であることが好ましい。本実施の形態では、ｘ軸方向のレーザ光スポットの長さ２ｍｍに対して、蛍光体２０２の塗布幅はその２倍である４ｍｍとしている。さらに、モーターの回転数についても、特に限定されるものではないが、蛍光体２０２の発熱による効率低下の影響を抑制するために、１０００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
蛍光体２０２は、緑色〜黄色を主たる波長域として、蛍光を発する蛍光体である。この蛍光体２０２は、青色の励起光を効率的に吸収して蛍光を効率的に発光し、且つ温度消光に対する耐性が高い蛍光体であることが好ましい。本実施の形態では、セリウム付活ガーネット構造蛍光体であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋が、蛍光体２０２として使用されている。蛍光の主波長は、約５６０ｎｍである。
【００４１】
なお、蛍光体２０２の材料、例えば緑色蛍光体の材料は、特に限定されるものではない。例えば、セリウム付活ガーネット構造蛍光体以外では、波長４４５ｎｍの青色レーザで励起して緑色の蛍光を得ることができる蛍光体として、(Ｂａ，Ｓｒ)２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｓｒ３Ａｌ３Ｓｉ１３Ｎ２３：Ｅｕ２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００４２】
蛍光体層の作成方法も、特に限定されないが、印刷法、モールド法などが挙げられる。また、蛍光体層の適切な厚さも、塗布される蛍光体の種類や塗布の方法によって変化するので、特に限定されるものではないが、その平均厚さは、蛍光体粉末の平均粒径の１倍以上であることが好ましい。
【００４３】
蛍光体２０２（１０２）による蛍光は、本質的には全ての方向に等しく光が放たれる。粉末状の蛍光体２０２が基板上に薄膜上に配置されている場合は、蛍光は、散乱による影響を受けて、蛍光体層が配置された面の法線方向にピークを有するランバーシアンに近い配光分布を、有する。
【００４４】
ここでは、蛍光体層から放たれた蛍光の中で、ガラス基板１０１に向かう蛍光は、ガラス基板１０１上に施されたダイクロイックコートで反射される。具体的には、蛍光体層から後方（蛍光体層を基準としてレーザ光が入射される側の空間）に放たれる蛍光は、ガラス基板１０１上に施されたダイクロイックコートで反射される。このため、この構成では、結果的に、蛍光体層から前方にのみ、蛍光が取り出される。すなわち、この光源装置１０は、透過型の光源装置となっている。なお、上記の「後方」が示す方向は、図１において蛍光体層を基準として左側である。また、上記の「前方」が示す方向は、図１において蛍光体層を基準として右側である。
【００４５】
蛍光体ホイール１００から前方に取り出された蛍光光束は、コリメートレンズ１１２、１１３によってコリメートされた後、光源装置１０の出力光となる。
【００４６】
レーザ光を用いて蛍光体を励起する光学系において、ロッドインテグレータ１０８が無い場合（図１の光学系においてロッドインテグレータ１０８の長さが０の場合）は、前述のように、蛍光体上に照射されるレーザ光密度には、偏りが発生する。レーザ光密度が高くなりすぎると、蛍光体温度が上昇し、結果的に、温度消光の影響によって蛍光体の波長変換効率が低下してしまう。すなわち、本実施の形態のような構成を採用することにより、照度の均一化された小スポット径のレーザ光束を蛍光体に適切に照射することが可能となる。すなわち、高輝度の蛍光を高効率で取り出す光源装置を、提供することが可能となる。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態による光源装置３０の構成図を、図３に示す。光源装置３０の出力光は、赤色、緑色、青色の３色の可視光により構成されている。光源装置３０の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用可能である。本実施の形態における一部の構成要素は、第１の実施の形態の構成要素と同一である。以下では、重複する箇所については、説明を省略する。
【００４８】
レーザ光源３０４（第１光源部の一例）、コリメートレンズアレイ３０５、集光レンズ３０６、拡散板３０７は、第１の実施の形態と同一である。この場合も、拡散板３０７を通過したレーザ光束は、第１のロッドインテグレータ３０８（第１照度均一化部の一例）へと入射される。
【００４９】
第１のロッドインテグレータ３０８は、第１の実施の形態におけるロッドインテグレータ１０８と同様に、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍ、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。
【００５０】
第１のロッドインテグレータ３０８の出射端面形状は、第２のロッドインテグレータ３２１の入射端面形状と、実質的に相似である。具体的には、以下の関係が満足される。
【００５１】
Ｓ１×（β１2）×（β２2）≦Ｓ２
この関係では、Ｓ１は、第１のロッドインテグレータ３０８の出射端面積である。β１は、第１のロッドインテグレータ３０８の出射端面から蛍光体ホイール３００までのレーザ光の横倍率である。Ｓ２は、第２のロッドインテグレータ３２１の入射端面積である。β２は、蛍光体ホイール３００から第２のロッドインテグレータ３２１の入射端面までの蛍光の横倍率である。
【００５２】
第１のロッドインテグレータ３０８から出射されたレーザ光束は、コリメートレンズ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（第１色分離部の一例）へと入射される。
【００５３】
ダイクロイックミラー３１０は、レーザ光束の光軸に対して、略４５度に傾いて配置されている。ダイクロイックミラー３１０は、青色波長域において高透過であり、緑色波長域において高反射であり、赤色波長域において高透過である特性を、有している。
【００５４】
すべての青色半導体レーザは、その出射光の偏光方向が、図３に示すＰ偏光の直線偏光状態となるように、調整されている。レーザ光束は、ダイクロイックミラー３１０を通過するので、Ｐ偏光となるように配置した方が、ダイクロイックミラーにおいて高い透過率を得ることが可能となる。
【００５５】
ダイクロイックミラー３１０を通過したレーザ光束は、集光レンズ３１１、３１２によって集光され、蛍光体へと照射される。ここでは、３枚のレンズ３０９、３１１、３１２によって、リレー光学系が構成されている。第１群のレンズは、３０９である。第２群のレンズは、３１１、３１２である。第１群のレンズ３０９と第２群のレンズ３１１，３１２との間に、ダイクロイックミラー３１０が配置されている。
【００５６】
リレー光学系の横倍率は、０．２５である。蛍光体上に形成されるレーザ光束のスポットは、第１の実施の形態と同様に、２ｍｍ×１．５ｍｍとなっている。
【００５７】
蛍光体ホイール３００（蛍光部の一例）は、基板３０１と、基板３０１上に塗布された蛍光体３０２と、モーター３０３とにより、構成されている。モーター３０３は、蛍光体及び基板を、ｚ軸に平行な軸を回転軸として、回転させる。
【００５８】
基板３０１は、円形状のアルミ基板である。このアルミ基板の表面は、可視光に対して、反射鏡となっている。また、このアルミ基板の片側の表面（反射部の一例）には、可視光全域を高効率で反射するコーティングが、施されている。さらに、このコーティングの上に、蛍光を発する蛍光体３０２が、薄膜上に形成されている。
【００５９】
蛍光体の温度消光を考慮すると、基材は熱伝導が高い材料が好ましい。そのため、本実施の形態では、基板３０１の材料として、アルミを選んだが、特に限定されるものではなく、その他の高熱伝導の材料を使用してもよい。
【００６０】
第１の実施の形態と同様に、基板３０１の直径は、６０ｍｍである。基板３０１の最外周部分には、幅４ｍｍで円環状に蛍光体３０２が塗布されている。使用された蛍光体は、第１の実施の形態と同じく、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋である。
【００６１】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、前方（蛍光体層から見てレーザ光が入射される空間と反対側の空間）に放たれる蛍光は、アルミ基板表面によって反射される。すなわち、第２の実施の形態では、後方側のみに蛍光が取り出される反射型の構成となっている。
【００６２】
蛍光体における波長変換では、一般的に、後方成分の蛍光強度が、前方成分の蛍光強度よりも相対的に大きい。このため、第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の構成に比べて、より高効率で蛍光を取り出すことが可能となる。
【００６３】
レーザ光に対する集光レンズ３１１、３１２は、緑色蛍光体から放たれる蛍光に対しては、コリメートレンズとして作用する。集光レンズ３１１、３１２によって有効に取り出されてコリメートされた緑色蛍光光束は、ダイクロイックミラー３１０によって反射される。
【００６４】
第２の光源である青色ＬＥＤ３１３（第２光源部の一例）は、主波長が約４５５ｎｍの高出力ＬＥＤである。発光面は、４ｍｍ×３ｍｍの長方形状である。青色ＬＥＤから出射された青色ＬＥＤ光は、コリメートレンズ３１４、３１５によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー３１９に入射される。
【００６５】
第３の光源である赤色ＬＥＤ３１６（第２光源部の一例）は、主波長が約６２５ｎｍの高出力ＬＥＤである。発光面は、４ｍｍ×３ｍｍの長方形状である。赤色ＬＥＤから出射された赤色ＬＥＤ光は、青色ＬＥＤ光と同様に、コリメートレンズ３１７、３１８によってコリメートされた後、ダイクロイックミラー３１９に入射される。
【００６６】
ダイクロイックミラー３１９は、青色波長域において高反射となり、且つ赤色波長域において高透過となる特性を、有している。このため、両ＬＥＤからの出射光は空間的に合波され、ダイクロイックミラー３１０へと入射される。
【００６７】
ダイクロイックミラー３１０は、レーザ光と蛍光に対しては色分離部として作用する。一方で、ダイクロイックミラー３１０は、ＬＥＤ光に対しては色合成部として機能し、ＬＥＤ光と蛍光との合成を実現する。すなわち、ダイクロイックミラー３１０は、色分離部の機能と色合成部の機能とを兼ね備えた構成となっている。
【００６８】
ダイクロイックミラー３１０によって空間的に合波された光束（緑色蛍光、青色レーザ光、及び赤色レーザ光）は、集光レンズ３２０によって集光される。そして、この光束は、蛍光に対する照度均一化部である第２のロッドインテグレータ３２１（第２照度均一化部の一例）へと、入射される。第２のロッドインテグレータ３２１からの出射光は、コリメートレンズ３２２によってコリメートされ、本光源装置からの出力光として取り出される。
【００６９】
第２のロッドインテグレータ３２１は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍ、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。
【００７０】
ここで、第１及び第２のロッドインテグレータ断面の長軸方向、第２及び第３の光源の発光面の長軸方向は、いずれも図３における紙面に平行な面の方向で統一されている。
【００７１】
緑色蛍光に対しては、３枚のレンズ３１２、３１１、３２０が、蛍光体上から第２のロッドインテグレータ入射端面までのリレー光学系を、構成している。その横倍率は４．０である。そのため、第２のロッドインテグレータ入射端面上に形成される蛍光光束のスポット径は、略８ｍｍ×６ｍｍとなる。
【００７２】
一方、青色ＬＥＤ光に対しては、３枚のレンズ３１４、３１５、３２０が、ＬＥＤ発光面から第２のロッドインテグレータ入射端面までのリレー光学系を、構成している。同様に、赤色ＬＥＤ光に対しては、３枚のレンズ３１７、３１８、３２０が、ＬＥＤ発光面から第２のロッドインテグレータ入射端面までのリレー光学系を、構成している。両色ともにリレー光学系の横倍率を、２．０としている。このため、第２のロッドインテグレータ入射端面上に形成されるＬＥＤ光束のスポット径は、青色光及び赤色光の両方において、略８ｍｍ×６ｍｍとなる。
【００７３】
すなわち、第２のロッドインテグレータに入射される緑色蛍光、青色ＬＥＤ光、赤色ＬＥＤ光の光束形状が、ロッドインテグレータ入射端面形状と実質的に同一になるように調整されている。このため、各光を、効率的にロッドインテグレータにカップリングすることができる。
【００７４】
上述したように、本実施の形態のような構成を採用することにより、赤色光、緑色光、及び青色光の３色の可視光を高効率で取り出し可能な光源装置を、提供することが可能である。
【００７５】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態による光源装置４０の構成図を、図４に示す。光源装置４０の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の３つの時間セグメントの可視光によって、構成されている。光源装置の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用される。
【００７６】
レーザ光源４０５（第１光源部の一例）からコリメートレンズ４１０までの構成要素は、第２の実施の形態の構成要素と同一であるため、これらの説明を省略する。
【００７７】
ダイクロイックミラー４１１（第１色分離部の一例）は、レーザ光束の光軸に対して、略４５度に傾けて配置されている。ダイクロイックミラー４１１は、レーザ光の波長域においては、Ｐ偏光では高透過となり、Ｓ偏光では高反射となり、緑色〜赤色の波長域では偏光方向にかかわらず高反射となるような特性を、有する。そのため、Ｐ偏光に調整されている青色レーザ光は、ダイクロイックミラー４１１を通過する。
【００７８】
入射角が４５度の場合のダイクロイックミラー４１１の透過スペクトルを、図５に示す。２つのプロットでは、実線がＳ偏光の透過率を表し、破線がＰ偏光の透過率を表わす。ダイクロイックミラー４１１は、紫色の波長帯域において透過率が９０％以上と高透過であり、青色〜赤色の波長帯域において反射率が９０％以上と高反射である。透過率が５０％になるカットオフ波長は、Ｓ偏光が４３４ｎｍ、Ｐ偏光が４５６ｎｍである。カットオフ波長は、Ｓ偏光に比べて、Ｐ偏光の方が約２２ｎｍ長い。
【００７９】
ダイクロイックミラー４１１を通過したレーザ光は、４分の１波長板４１２によって、円偏光へと変換され、集光レンズ４１３、４１４によって蛍光体４０２上に集光される。
【００８０】
本実施の形態で使用された蛍光体ホイール４００（蛍光部の一例）は、アルミの基板４０１と、蛍光体４０２と、ダイクロイックフィルター４０３（第２色分離部の一例）と、モーター４０４とにより構成されている。アルミの基盤４０１の表面（反射部の一例）には、可視光が高反射となるように、コーティングが施されている。蛍光体４０２は、基板４０１の表面に塗布されている。ダイクロイックフィルター４０３は、基板４０１に取り付けられている。
【００８１】
蛍光体ホイール４００の具体的な構成を、図６に示す。蛍光体５０２（４０２）は、３つの空間セグメントにより構成されている。３つの空間セグメントは、赤色蛍光体層５０１１と、緑色蛍光体層５０１２と、蛍光体未塗布面５０１３とから構成されている。赤色蛍光体及び緑色蛍光体は、表面が鏡面状に加工された基板５０１上に塗布されている。蛍光体未塗布面５０１３は、金属鏡面となっている。
【００８２】
使用された緑色蛍光体の材料は、第１の実施の形態のそれと同一である。赤色蛍光体として、本実施の形態では、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋が使用されている。なお、波長４４５ｎｍの青色レーザで励起して、赤色の蛍光を得ることができるその他の蛍光体としては、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００８３】
ダイクロイックフィルター５０３は、蛍光体５０２（４０２）の外周側に配置されている。ダイクロイックフィルター５０３は、３つの空間セグメントにより構成されている。３つの空間セグメントは、赤色選択フィルター５０２１と、緑色選択フィルター５０２２と、青色選択フィルター５０２３とから構成されている。
【００８４】
赤色選択フィルター５０２１は、青色〜緑色の波長域において高反射となり、赤色の波長域において高透過となる特性を、有している。緑色選択フィルター５０２２は、青色及び赤色の波長域において高反射となり、緑色の波長域において高透過となる特性を、有している。青色選択フィルター５０２３は、青色波長域が高透過となる特性を、有している。青色選択フィルター５０２３では、出射側のガラス表面は平坦面ではなく、光が拡散するように微細な凹凸が施された拡散面となっている。本実施の形態では、拡散角が約３度（半値全幅）の拡散面としたが、拡散特性については、特に限定されるものではない。
【００８５】
蛍光体ホイール４００が回転することにより、レーザ光が照射される蛍光体５０２（４０２）上のスポットが、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、蛍光体未塗布面と周期的に切り替わる。それに対応して、蛍光体５０２（４０２）からの反射光は、赤色蛍光、緑色蛍光、青色レーザ光と、周期的に切り替わる。
【００８６】
レーザ光に対する集光レンズ４１３、４１４は、赤色蛍光体層５０１１及び緑色蛍光体層５０１２から放たれる蛍光に対して、コリメートレンズとして作用する。集光レンズ４１３、４１４によって取り出されてコリメートされた蛍光光束は、４分の１波長板４１２を通過した後、ダイクロイックミラー４１１によって反射される。
【００８７】
一方、蛍光体５０２（４０２）上の励起光照射スポットが、蛍光体未塗布面５０１３である場合は、レーザ光はそのまま反射される。そして、このレーザ光は、集光レンズ４１３、４１４によってコリメートされる。その後、このレーザ光は、４分の１波長板４１２を通過することによって、Ｓ偏光へと調整される。そして、このレーザ光は、ダイクロイックミラー４１１へと入射され、ダイクロイックミラー４１１によって反射される。
【００８８】
ダイクロイックミラー４１１によって反射された赤色蛍光、緑色蛍光、青色レーザ光（未変換の励起光）の光束は、反射ミラー４１５及び集光レンズ４１６を経て、ダイクロイックフィルター４０３を透過する。そして、この光束は、第２のロッドインテグレータ４１７（第２照度均一化部の一例）へとカップリングされる。
【００８９】
ここで、蛍光体４０２（５０２）上のレーザ光スポットが、赤色蛍光体層５０１１上に存在するような時間領域では、集光レンズ４１６によって集光されるダイクロイックフィルター４０３（５０３）上の集光スポットが、赤色選択フィルター５０２１の内部に位置するように、蛍光体ホイール４００（５００）のセグメントのレイアウトが調整されている（この時間領域を以下では赤色セグメントと呼ぶ）。すなわち、赤色セグメントの構成要素となる赤色蛍光体層５０１１と赤色選択フィルター５０２１とは、全周３６０度において分割角度は等しく、互いに１８０度対称な位置に配置されている。
【００９０】
同様に、緑色蛍光体層５０１２上にレーザ光が照射される時間領域（以下、緑色セグメントと呼ぶ）では、緑色選択フィルター５０２２中を光が通過する。蛍光体未塗布面５０１３上にレーザ光が照射される時間領域（以下、青色セグメントと呼ぶ）では、青色選択フィルター５０２３中を光が通過するように、蛍光体ホイール４００（５００）のセグメントのレイアウトが調整されている。
【００９１】
ダイクロイックフィルター４０３を使用することにより、赤色セグメントでは、蛍光へと波長変換されなかった不要な残留レーザ光が除去される。緑色セグメントでは、不要な残留レーザ光が除去されるとともに、緑色蛍光体から放たれる蛍光のうち、不要な長波長の蛍光成分が除去される。青色セグメントでは、スペクトル成分に変化はないが、回転する拡散素子を通過することにより、スペックルノイズが低減される。
【００９２】
第２のロッドインテグレータより出射される赤色、緑色、青色の３つのセグメントの光は、コリメートレンズ４１８によってコリメートされ、本光源装置からの出力光として取り出される。
【００９３】
本実施の形態においても、第１のロッドインテグレータ４０９（第１照度均一化部の一例）及び第２のロッドインテグレータ４１７は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍであり、且つ長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。第１のロッドインテグレータ４０９の出射端面から蛍光体４０２までのリレー光学系４１０、４１３、４１４では、レーザ光の横倍率は０．２５である。蛍光体４０２から第２のロッドインテグレータ４１７の入射端面までのリレー光学系の３つのセグメントの光の横倍率は、いずれも約４倍である。
【００９４】
なお、本実施の形態においても、第２の実施の形態に示した、第１のロッドインテグレータ３０８及び第２のロッドインテグレータ３２１の関係は、成立している。
【００９５】
本実施の形態のような構成を採用することにより、赤色光、緑色光、青色光の３色の可視光を簡便且つ効率的に取り出し可能な光源装置を、提供することが可能である。
【００９６】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態による光源装置６０の構成図を、図７に示す。第３の実施の形態と同様に、光源装置の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の３つの時間セグメントの可視光によって構成されている。光源装置の出力光は、画像表示装置などの照明光として使用可能である。
【００９７】
レーザ光源６０４（第１光源部の一例）は、波長約４０５ｎｍで発振する紫色半導体レーザであり、他の実施の形態と同様に、合計２５個の半導体レーザが配置されている。レーザ光源６０４から出射されたレーザ光は、コリメートレンズアレイ６０５によってコリメートされる。そして、レーザ光は、拡散板６０６とダイクロイックミラー６０７（第３色分離部の一例）を通過した後、集光レンズ６０８によってロッドインテグレータ６０９（第１照度均一化部の一例）へとカップリングされる。
【００９８】
拡散板６０６は、ガラス平板である。拡散板６０６の片面には、拡散角が３度（半値全幅）の拡散面が、形成されている。ダイクロイックミラー６０７（第１色分離部の一例）は、レーザ光束の光軸に対して、略４５度傾けて配置されている。ダイクロイックミラー６０７は、紫色波長域において高透過となり、青色・緑色・赤色の波長域において高反射となる特性を、有している。
【００９９】
ロッドインテグレータ６０９は、入射端面及び出射端面の大きさが８．０ｍｍ×６．０ｍｍであり、長さが６０ｍｍである直方体状の中密の石英ガラスを、使用している。ロッドインテグレータから出射されたレーザ光束は、コリメートレンズ６１０、集光レンズ６１１、６１２を経て、蛍光体６０２へと集光される。ここでは、コリメートレンズ６１０と、集光レンズ６１１、６１２とによって、リレー光学系が構成されている。
【０１００】
蛍光体ホイール６００（蛍光部の一例）は、基板６０１と、蛍光体６０２と、モーター６０３とにより、構成されている。基板６０１の表面（反射部の一例）は、可視光に対して反射鏡となっている。蛍光体６０２は、基板６０１上に塗布されている。モーター６０３は、蛍光体６０２及び基板６０１を、ｚ軸に平行な軸を回転軸として、回転させる。
【０１０１】
蛍光体ホイール６００の具体的な構成を、図８に示す。蛍光体７０２は、３つの空間セグメントにより構成されている。３つの空間セグメントは、赤色蛍光体層７０１１と、緑色蛍光体層７０１２と、青色蛍光体層７０１３とから構成されている。３つの空間セグメントは、円周方向に（３６０度の範囲において）、３つのセグメントに分割されている。蛍光体ホイール７００が回転駆動されると、レーザ光が照射されるスポットが、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層、そして再び赤色蛍光体層へと周期的に切り替わる。これにより、光源装置から３色の蛍光を取り出すことが可能となる。
【０１０２】
蛍光体６０２から後方に取り出された蛍光は、再び３枚のレンズ６１２、６１１、６１０を通過し、ロッドインテグレータ６０９にカップリングされる。ロッドインテグレータ６０９から出射された３色の蛍光は、集光レンズ６０８によってコリメートされた後、色分離手段であるダイクロイックミラー６０７によって反射される。そして、ダイクロイックミラー６０７によって反射された光束が、光源装置からの出力光となる。
【０１０３】
本実施の形態では、レーザ光に対する照度均一化部と、蛍光に対する照度均一化部とが、同一のロッドインテグレータ６０９によって構成されている。このため、本実施の形態では、小型化を実現可能な光源装置を、提供することが可能である。
【０１０４】
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態による画像表示装置の構成図を、図９に示す。本実施の形態は、第２の実施の形態で示した光源装置を用いた画像表示装置となっている。
【０１０５】
光源装置８０が、第２の実施の形態における図３で示した光源装置３０に、対応している。光源装置８０における出力光は、第２のロッドインテグレータ３２１の出射面で、照度が均一化されている。この出力光は、リレーレンズ８０１と、フィールドレンズ８０２と、全反射プリズム８０３とを通過し、画像表示素子であるＤＭＤ８０４に入射する。第２のロッドインテグレータ３２１の出射面形状が、ＤＭＤ８０４上に効率よく均一に集光できるように、光学系８０１，８０２，８０３が、構成されている。
【０１０６】
ＤＭＤ８０４では、複数の微小ミラーが２次限的に配置されている。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によって、各ミラーは、時間的に変調された信号光を、形成する。このＤＭＤ８０４が赤の映像信号によって駆動されているとき、光源装置８０においては、赤色ＬＥＤ３１６からの赤色光が出力されるように、ＤＭＤ８０４と光源装置８０との駆動タイミングが、制御されている。また、ＤＭＤ８０４が緑の映像信号によって駆動されるときは、レーザ光源３０４が点灯するように、ＤＭＤ８０４と光源装置８０とが制御されている。さらに、ＤＭＤ８０４が青の映像信号によって駆動されるときは、青色ＬＥＤ３１３が点灯するように、ＤＭＤ８０４と光源装置８０とが制御されている。ＤＭＤ８０４によって変調された信号光は、投映レンズ８０５によって、図示されていないスクリーンへと投写される。
【０１０７】
なお、ＤＭＤ８０４は、空間光変調素子の一例である。光学系８０１，８０２は、照明光学系の一例である。投映レンズ８０５は、投光光学系の一例である。
【０１０８】
本実施の形態で示した画像表示装置を構成することにより、小型で高効率であり、且つ長寿命の画像表示装置を、提供することができる。
【０１０９】
本実施の形態においては、第２の実施の形態で示した光源装置を使用して画像表示装置を構成したが、他の実施の形態で示した光源装置を適用して同様の画像表示装置を構成してもよい。
【０１１０】
〔まとめ〕
（１）光源装置１０、３０、４０、６０は、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４と、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００と、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９と、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）とを、備えている。
【０１１１】
レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４は、レーザ光を放射する。蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００は、レーザ光によって励起される蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２を、有する。ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９は、レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する。
【０１１２】
ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９は、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４と蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００の間に配置される。
【０１１３】
リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９から出射されたレーザ光を、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００に導光する。リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９と蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００の間に配置される。
【０１１４】
本技術では、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２を励起するための励起光源として、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４を使用している。このため、高密度且つ高指向性の光を得ることができる。また、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上において、小さな照射スポットを形成することができる。さらに、複数のレーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４を用いることにより、励起光の光出力を容易に向上させることができる。
【０１１５】
そして、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４と蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００との間には、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９と、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）とが、配置されている。これにより、適切な空間強度分布とスポット径とを有するレーザ光束を、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２に照射することができる。
【０１１６】
ここで、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９は、レーザ光束の空間強度分布を均一にするための光学系である。また、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９により得られた均一なレーザ光束を、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上に結像させるための光学系である。
【０１１７】
（２）光源装置１０、３０、４０、６０では、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００は、反射基板１０１、３０１、４０１、６０１を、さらに有している。蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２は、反射基板１０１、３０１、４０１、６０１の表面に設けられている。蛍光は反射基板１０１、３０１、４０１、６０１によって反射される。
【０１１８】
本技術では、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２から出射される蛍光を、反射基板１０１、３０１、４０１、６０１によって反射することができるので、蛍光を一方向に効率的に出力することができる。
【０１１９】
（３）光源装置１０、３０、４０、６０は、ダイクロイックコート１０１又はダイクロイックミラー３１０、４１１、６０７を、さらに備えている。ダイクロイックコート１０１又はダイクロイックミラー３１０、４１１、６０７は、レーザ光と蛍光とを空間的に分離する。
【０１２０】
本技術では、図１に示したような透過型の構成の場合、ダイクロイックコート１０１が、レーザ光束を蛍光体へと案内し、且つ蛍光体から出射される蛍光光束を反射する。これにより、蛍光光束を効率的に出力することができる。また、図３、図４、図７に示したような反射型の構成の場合、蛍光体に入射されるレーザ光束と蛍光体から出射される蛍光光束は、同一空間において進行方向が逆向きとなっているため、ダイクロイックミラー３１０、４１１、６０７によって、蛍光をレーザ光と空間的に確実に分離することができる。
【０１２１】
（４）光源装置１０、３０、４０、６０は、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９を、備えている。
【０１２２】
本技術では、空間的に均一な光強度分布を有するレーザ光束と蛍光光束とを、簡単な構成で得ることができる。より具体的には、矩形状の均一な空間強度分布を、レーザ光束及び蛍光光束に対して、容易に形成することができる。
【０１２３】
（５）光源装置１０、３０、４０、６０では、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）は、少なくとも２つのレンズ群により構成されている。
【０１２４】
本技術では、隣接するレンズ群の間で、レーザ光束が実質的にコリメート光になるように、リレー光学系を形成することによって、光束スポットを蛍光体上に高精度に形成することができる。
【０１２５】
（６）光源装置３０、４０では、リレー光学系は、第１レンズ群３０９、４１０、及び第２レンズ群（３１１、３１２）、（４１３、４１４）を、有している。ダイクロイックミラー３１０、４１２は、第１レンズ群３０９，４１０と第２レンズ群（３１１、３１２）、（４１３、４１４）の間に、配置される。
【０１２６】
本技術では、例えば、第１レンズ群３０９、４１０と第２レンズ群（３１１、３１２）、（４１３、４１４）の間で、レーザ光束が実質的にコリメート光になるように、リレー光学系が構成されている。これによって、ダイクロイックミラー３１０、４１２に入射する光束の入射角を、実質的に一定にすることができる。すなわち、ダイクロイックミラー３１０、４１２による光の損失を、抑制することができる。
【０１２７】
（７）光源装置３０、４０では、ダイクロイックミラー３１０、４１１が、ロッドインテグレータ３０８、４０９と蛍光体ホイール３００、４００との間に、配置されている。
【０１２８】
本技術では、ロッドインテグレータ３０８、４０９において光束を均一化し、且つダイクロイックミラー３１０、４１１によって、蛍光をレーザ光と空間的に確実に分離することができる。
【０１２９】
（８）光源装置３０、４０は、ロッドインテグレータ３２１、４１７（第２のロッドインテグレータ）を、さらに備えている。
【０１３０】
一般的に、画像表示装置の照明光として蛍光を使用する場合は、均一な空間強度分布が必要になるため、蛍光の空間強度分布を均一化するための均一化手段を、適用することが好ましい。
【０１３１】
本技術では、ロッドインテグレータ３２１、４１７によって、蛍光を、空間的に均一な光強度分布に変換して出力することができる。具体的には、空間的に均一な光強度分布を有する蛍光光束を、簡単な構成で得ることができる。より具体的には、矩形状の均一な空間強度分布を有する蛍光光束を、容易に形成することができる。
【０１３２】
（９）光源装置３０、４０では、ロッドインテグレータ３０８、４０９の出射端面形状は、ロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面形状と、実質的に相似である。具体的には、光源装置６０では、以下の関係が満足される。
【０１３３】
Ｓ１×（β１2）×（β２2）≦Ｓ２
この関係では、Ｓ１は、ロッドインテグレータ３０８、４０９の出射端面積である。β１は、ロッドインテグレータ３０８、４０９の出射端面から蛍光体ホイール６００までのレーザ光の横倍率である。Ｓ２は、ロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面積である。β２は、蛍光体ホイール３００、４００からロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面までの蛍光の横倍率である。
【０１３４】
本技術では、ロッドインテグレータ３２１、４１７に入射される蛍光光束について、その空間強度分布がロッドインテグレータ３０８、４０９の入射端面の形状と同等になる。また、ロッドインテグレータ３２１、４１７の光束径も、ロッドインテグレータ３０８、４０９の入射端面径と同等以下になる。このため、ロッドインテグレータへのカップリング効率を、向上することができる。なお、上記の関係が成立しない場合、ロッドインテグレータ３２１、４１７の入射端面における蛍光光束径が大きくなりすぎてしまう。このため、ロッドインテグレータへのカップリング損失が大きくなるおそれがある。
【０１３５】
（１０）光源装置６０では、ロッドインテグレータ６０９によって、レーザ光照度均一化及び蛍光照度均一化が、実現される。
【０１３６】
本技術では、単一のロッドインテグレータ６０９によって、レーザ光束の空間強度分布と蛍光光束の空間強度分布とを同時に均一化できる。これにより、光源装置６０を小型化することができる。
【０１３７】
（１１）光源装置３０は、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６を、さらに備えている。青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６は、蛍光体３０２から出射される蛍光と異なる波長の光を放射する。青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６における発光部の形状は、ロッドインテグレータ３０８の出射端面形状と、実質的に相似である。
【０１３８】
本技術では、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４とは異なる光源、例えば、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６を使用することにより、複数の色光を有する光源装置３０を、提供することができる。このような光源装置３０は、画像表示装置に適用する際などに好適である。
【０１３９】
また、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６における発光部の形状を、ロッドインテグレータ３０８の出射端面形状と実質的に相似にすることによって、光束及び／又は蛍光光束を、高効率で同時に利用することが可能となる。
【０１４０】
（１２）光源装置４０は、レーザ光と蛍光とを空間的に分離するためのダイクロイックフィルター４０３を、さらに備えている。
【０１４１】
本技術では、ダイクロイックフィルター４０３を使用しているので、例えば、赤色セグメントでは、蛍光へと波長変換されなかった不要な残留レーザ光を、除去できる。また、緑色セグメントでは、不要な残留レーザ光を除去でき、且つ緑色蛍光体から放たれる蛍光のうち、不要な長波長の蛍光成分を除去できる。青色セグメントでは、スペックルノイズを低減できる。
【０１４２】
（１３）光源装置６０では、ダイクロイックミラー６０７が、レーザ光源６０４とロッドインテグレータ６０９との間に、配置される。
【０１４３】
本技術では、ロッドインテグレータ６０９によって均一化されたレーザ光束と蛍光光束とを、ダイクロイックミラー６０７によって、空間的に簡便に分離できる。また、単一のロッドインテグレータ６０９によって、レーザ光束の空間強度分布と蛍光光束の空間強度分布と同時に均一化できるので、小型の光源装置を実現することができる。
【０１４４】
（１４）光源装置１０、３０、４０、６０では、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９の出射端面におけるレーザ光の横幅に対する、蛍光体ホイール１００、３００、４００、６００におけるレーザ光の横幅は、１よりも小さい。レーザ光の横幅は、リレー光学系（１０９、１１０、１１１）、（３０９、３１１、３１２）、（４１０、４１３、４１４）、（６１０、６１１、６１２）によって、設定される。
【０１４５】
一般的に、光源装置において蛍光を高効率で利用するためには、蛍光体上のレーザ光スポット径をある程度小さくすることが必要である。このためには、リレー光学系の倍率を小さく設定することが、効果的である。
【０１４６】
本技術では、レーザ光の横倍率が１よりも小さいので、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９の出射端面の径よりも小さなレーザ照射スポット径を、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上に形成することができる。
【０１４７】
なお、リレー光学系の倍率を小さくするかわりに、ロッドインテグレータ１０８、３０８、４０９、６０９の出射端面の径を小さくすることによって、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２上のレーザ光スポット径を、小さくすることもできる。しかしながら、この場合、次のような問題が発生する。例えば、（ａ）小口径のロッドインテグレータを高精度で作成することが難しい、（ｂ）ロッドインテグレータ入射端面径を小さくするとレーザ光のカップリングロスが発生しやすくなる、などの問題が、発生する。このため、リレー光学系の倍率によって、蛍光体上のレーザ光スポット径を制御することが望ましい。
【０１４８】
（１５）光源装置３０、４０、６０では、蛍光体ホイール３００、４００、６００から出射される蛍光の進行方向と、蛍光体ホイール３００、４００、６００に入射されるレーザ光の進行方向とは、実質的に反対方向である。
【０１４９】
この技術では、蛍光光束の進行方向が、レーザ光束の進行方向と実質的に反対方向になっている。すなわち、光源装置３０、４０、６０は、反射型の光源装置である。この場合、具体的には、ｘｙｚ直交座標系において、ｚ＝０の平面上に蛍光体層を配置し、ｘ＝ｙ＝０の点を中心にｚ＞０の空間からレーザ光束を照射した場合、蛍光光束がｚ＞０の空間に取り出される。蛍光体に入射するレーザ光束の光軸は−ｚ方向であり、蛍光体から出要される蛍光光束の光軸は＋ｚ方向である。このような反射型の構成とすることで、蛍光体が発する蛍光を高い効率で取り出すことができる。
【０１５０】
（１６）光源装置１０、３０、４０では、レーザ光源１０４、３０４、４０５の発振波長が、４３５ｎｍ以上で４７０ｎｍ以下の青色半導体レーザ光源である。
【０１５１】
本技術では、励起光源として青色レーザを使用することにより、緑色、黄色、赤色の蛍光体を、効率的に励起することができる。特に、温度消光特性に優れたセリウム付活ガーネット構造蛍光体の励起において好適である。
【０１５２】
（１７）光源装置６０では、レーザ光源６０４の発振波長が、３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の紫色半導体レーザ光源である。
【０１５３】
本技術では、励起光源として紫色レーザを使用することにより、緑色、黄色、赤色の蛍光体を効率的に励起できることに加えて、青色蛍光体も励起することができる。
【０１５４】
（１８）光源装置１０、３０、４０、６０では、蛍光体１０２、３０２、４０２、６０２は、青色、緑色、黄色、赤色のいずれかの可視光を、主波長として蛍光を発する。
【０１５５】
本技術では、このような波長域の蛍光体は、画像表示装置に用いる光源装置として好適である。
【０１５６】
（１９）画像表示装置は、上述した光源装置８０と、空間光変調素子８０４と、照明光学系８０１、８０２と、投写光学系８０５とを、備えている。空間光変調素子８０４は、光源装置８０から出力された光を変調する。照明光学系８０１、８０２は、光源装置８０からの光を空間光変調素子８０４へと導光する。投写光学系８０５は、空間光変調素子８０４から射出された画像を、スクリーンに投写する。これにより、上述した効果を有する画像表示装置を提供することができる。
【０１５７】
〔他の実施の形態〕
（Ａ）上記実施の形態では、図４に示すように、ダイクロイックミラー４１１によって反射された光束が、反射ミラー４１５及び集光レンズ４１６を経て、ダイクロイックフィルター４０３を透過する場合の例を示した。これに代えて、図１０に示すように、ダイクロイックミラー４１１によって反射された光束が、光源装置から出射されるようにしてもよい。
【０１５８】
図４において、ダイクロイックミラー４１１、反射ミラー４１５、集光レンズ４１６、ダイクロイックフィルター４０３、第２のロッドインテグレータ４１７、及びコリメートレンズ４１８を除いた光源装置が、図１０の光源装置となっている。このように構成しても、本技術を実現することができる。図１０の構成は、図４の構成に含まれているので、ここでは説明を省略する。なお、図１０では、図４と同じ部材には、図４の符号に「ａ」を付している。
【０１５９】
（Ｂ）上記実施の形態では、色分離部の一例として、ダイクロイックミラーが用いられる場合の例を、示した。しかしながら、色分離部の方式は、上記実施の形態に限定されない。また、ダイクロイックミラーに対する入射光束の角度も、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態では、ダイクロイックミラーに対する入射光束の好適な角度として、レーザ光束及び蛍光光束の光軸に対して約４５度が、用いられている。
【０１６０】
（Ｃ）上記実施の形態では、レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４とは異なる光源として、例えば、青色ＬＥＤ３１３及び赤色ＬＥＤ３１６が、用いられる場合の例を、示した。レーザ光源１０４、３０４、４０５、６０４とは異なる光源を用いる場合、光源の種類は、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態では、好ましい光源の例として、矩形状の面光源を形成しやすいＬＥＤが、用いられている。また、光源の発光色も、上記実施の形態に限定されないが、好適な例としては、赤色、青色、緑色などが挙げられる。
【符号の説明】
【０１６１】
１０、３０、４０、６０、８０ 光源装置
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 蛍光体ホイール
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１ 基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２ 蛍光体
１０３、２０３、３０３、４０４、５０４、６０３、７０４ モーター
１０４、３０４、４０５、６０４ レーザ光源
１０５、３０５、４０６、６０５ コリメートレンズアレイ
１０６、１１０、１１１、３０６、３１１、３１２、３２０、４０７、４１３、４１４、４１６、６０８、６１１、６１２ 集光レンズ
１０７、３０７、４０８、６０６ 拡散板
１０８、６０９ ロッドインテグレータ
１０９、１１２、１１３、３０９、３１４、３１５、３１７、３１８、３２２、４１０、４１８、６１０ コリメートレンズ
２０４ レーザ光照射スポット
３０８、４０９ 第１のロッドインテグレータ
３１０、３１９、４１１、６０７ ダイクロイックミラー
３１３ 青色ＬＥＤ
３１６ 赤色ＬＥＤ
３２１、４１７ 第２のロッドインテグレータ
４０３、５０３ ダイクロイックフィルター
４１２ ４分の１波長板
４１５ 反射ミラー
５０１１、７０１１ 赤色蛍光体層
５０１２、７０１２ 緑色蛍光体層
５０１３ 蛍光体未塗布面
５０２１ 赤色選択フィルター
５０２２ 緑色選択フィルター
５０２３ 青色選択フィルター
７０１３ 青色蛍光体層
８０１ リレーレンズ
８０２ フィールドレンズ
８０３ 全反射プリズム
８０４ ＤＭＤ
８０５ 投映レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放射する第１光源部と、
前記レーザ光によって励起される蛍光体を、有する蛍光部と、
前記第１光源部と前記蛍光部の間に配置され、前記レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する第１照度均一化部と、
前記第１照度均一化部と前記蛍光部の間に配置され、前記第１照度均一化部から出射されたレーザ光を蛍光部に導光するリレー光学系と、
を備える光源装置。
【請求項２】
前記蛍光部は、反射部をさらに有し、
前記蛍光体は、前記反射部の表面に設けられ、
蛍光は前記反射部によって反射される、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記レーザ光と前記蛍光とを空間的に分離するための第１色分離部、
をさらに備える請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１照度均一化部は、ロッドインテグレータにより構成される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記リレー光学系は、少なくとも２つのレンズ群により構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つのレンズ群は、第１レンズ群及び第２レンズ群を有しており、
前記第１色分離部は、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に配置される、
請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１色分離部は、前記第１照度均一化部と前記蛍光部との間に、配置される、
請求項３から６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記レーザ光と前記蛍光とを空間的に均一な光強度分布に変換して出力する第２照度均一化部、
をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１照度均一化部の出射端面形状は、前記第２照度均一化部の入射端面形状と、実質的に相似である、
請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１照度均一化部の出射端面積Ｓ１、
前記第１照度均一化部の出射端面から前記蛍光部までのレーザ光の横倍率β１、
前記第２照度均一化部の入射端面積Ｓ２、
前記蛍光部から第２照度均一化部の入射端面までの蛍光の横倍率β２、
と定義した場合、
Ｓ１×（β１2）×（β２2）≦Ｓ２
の関係を満たす、
請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２照度均一化部は、前記第１照度均一化部と同一の光学素子により構成されている、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記蛍光体から出射される蛍光と異なる波長の光を放射する第２光源部、
をさらに備え、
前記第２光源部における発光部の形状は、前記第１照度均一化部の出射端面形状と、実質的に相似である、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記レーザ光と前記蛍光とを空間的に分離するための第２色分離部、
をさらに備える請求項８から１１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第２照度均一化部は、ロッドインテグレータにより構成される、
請求項８から１３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第１色分離部は、前記第１光源部と前記第１照度均一化部との間に、配置される、
請求項３から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第１照度均一化部の出射端面におけるレーザ光の横幅に対する、前記リレー光学系を介した前記蛍光部におけるレーザ光の横幅は、１よりも小さい、
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記蛍光部から出射される蛍光の進行方向と、前記蛍光部に入射されるレーザ光の進行方向とは、実質的に反対方向である、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を変調する空間光変調素子と、
前記光源装置からの光を前記空間光変調素子へと導光する照明光学系と、
前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写する投写光学系と、
を備える画像表示装置。
【請求項１】
レーザ光を放射する第１光源部と、
前記レーザ光によって励起される蛍光体を、有する蛍光部と、
前記第１光源部と前記蛍光部の間に配置され、前記レーザ光を空間的に均一な光強度分布に変換する第１照度均一化部と、
前記第１照度均一化部と前記蛍光部の間に配置され、前記第１照度均一化部から出射されたレーザ光を蛍光部に導光するリレー光学系と、
を備える光源装置。
【請求項２】
前記蛍光部は、反射部をさらに有し、
前記蛍光体は、前記反射部の表面に設けられ、
蛍光は前記反射部によって反射される、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記レーザ光と前記蛍光とを空間的に分離するための第１色分離部、
をさらに備える請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１照度均一化部は、ロッドインテグレータにより構成される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記リレー光学系は、少なくとも２つのレンズ群により構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つのレンズ群は、第１レンズ群及び第２レンズ群を有しており、
前記第１色分離部は、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に配置される、
請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１色分離部は、前記第１照度均一化部と前記蛍光部との間に、配置される、
請求項３から６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記レーザ光と前記蛍光とを空間的に均一な光強度分布に変換して出力する第２照度均一化部、
をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１照度均一化部の出射端面形状は、前記第２照度均一化部の入射端面形状と、実質的に相似である、
請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１照度均一化部の出射端面積Ｓ１、
前記第１照度均一化部の出射端面から前記蛍光部までのレーザ光の横倍率β１、
前記第２照度均一化部の入射端面積Ｓ２、
前記蛍光部から第２照度均一化部の入射端面までの蛍光の横倍率β２、
と定義した場合、
Ｓ１×（β１2）×（β２2）≦Ｓ２
の関係を満たす、
請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２照度均一化部は、前記第１照度均一化部と同一の光学素子により構成されている、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記蛍光体から出射される蛍光と異なる波長の光を放射する第２光源部、
をさらに備え、
前記第２光源部における発光部の形状は、前記第１照度均一化部の出射端面形状と、実質的に相似である、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記レーザ光と前記蛍光とを空間的に分離するための第２色分離部、
をさらに備える請求項８から１１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第２照度均一化部は、ロッドインテグレータにより構成される、
請求項８から１３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第１色分離部は、前記第１光源部と前記第１照度均一化部との間に、配置される、
請求項３から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第１照度均一化部の出射端面におけるレーザ光の横幅に対する、前記リレー光学系を介した前記蛍光部におけるレーザ光の横幅は、１よりも小さい、
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記蛍光部から出射される蛍光の進行方向と、前記蛍光部に入射されるレーザ光の進行方向とは、実質的に反対方向である、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を変調する空間光変調素子と、
前記光源装置からの光を前記空間光変調素子へと導光する照明光学系と、
前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写する投写光学系と、
を備える画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９２７５２（Ｐ２０１３−９２７５２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８５６５２（Ｐ２０１２−１８５６５２）
【出願日】平成２４年８月２４日（２０１２．８．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２４日（２０１２．８．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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