(57)【要約】      （修正有）【課題】光利用効率の高い光源装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置２は、第１の波長の光を射出する励起光源２１と、励起光源から射出した第１の波長ＬＢの光を第１の波長の光とは異なる第２の波長ＬＹの光に変換し、体積比で５％以下の散乱要素を含有する波長変換層と、波長変換層における第１の波長の光が入射する面と反対の面に設けられ、第２の波長の光を反射する反射層と、波長変換層から射出される第２の波長の光を反射する反射素子２４と、を備え、反射素子は、第２の波長の光の光路のうち該光路に交差する方向における光束幅の一方側を遮るように設けられており、反射素子に入射した第２の波長の光は、反射素子で反射されることで波長変換層に入射する、ことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を射出する励起光源と、
前記励起光源から射出した前記第１の波長の光を前記第１の波長の光とは異なる第２の波長の光に変換し、体積比で５％以下の散乱要素を含有する波長変換層と、
前記波長変換層における前記第１の波長の光が入射する面と反対の面に設けられ、前記第２の波長の光を反射する反射層と、
前記波長変換層から射出される前記第２の波長の光を反射する反射素子と、を備え、
前記反射素子は、前記第２の波長の光の主光線に交差する方向に沿う光束幅の一方側を遮るように設けられており、
前記反射素子に入射した前記第２の波長の光は、前記反射素子で反射されることで前記波長変換層に入射する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記反射素子は、前記波長変換層から射出された前記第２の波長の光の前記光束幅の５０％未満の範囲を遮るように配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記反射素子は、前記第１の波長の光を透過し前記第２の波長の光を反射するダイクロイックミラーである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記反射素子は、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光をそれぞれ反射する反射ミラーである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記励起光源から射出された前記第１の波長の光の光路上に配置され、前記第１の波長の光の光束幅を調整する光束幅調整光学系をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記反射素子は、曲面で構成された反射ミラーである、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、を備える、
ことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターに用いる光源装置として、励起光を射出するレーザー光源と、励起光で励起されて蛍光を発する蛍光体と、蛍光体の下面を支持する反射鏡と、蛍光の一部を蛍光体に向けて反射する平面鏡と、を有したものがある（例えば、下記特許文献１参照）。この光源装置では、平面鏡で蛍光の一部を反射して蛍光の光束幅を縮小することで蛍光が入射するフライアイレンズ等の光学部材を小型化することでコスト低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３４８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記光源装置では、平面鏡で反射された蛍光が蛍光体によって拡散される。蛍光体で拡散された拡散蛍光成分は反射鏡で反射され、蛍光体の上面から射出される。蛍光体から射出された拡散蛍光の一部は平面鏡に設けられた開口を経て外部に取り出される。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に記載の光源装置においては、拡散蛍光の一部が平面鏡と反射鏡との間で繰り返し反射されることで外部に取り出されず、光損失を生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１の波長の光を射出する励起光源と、前記励起光源から射出した前記第１の波長の光を前記第１の波長の光とは異なる第２の波長の光に変換し、体積比で５％以下の散乱要素を含有する波長変換層と、前記波長変換層における前記第１の波長の光が入射する面と反対の面に設けられ、前記第２の波長の光を反射する反射層と、前記波長変換層から射出される前記第２の波長の光を反射する反射素子と、を備え、前記反射素子は、前記第２の波長の光の光路のうち該光路に交差する方向における光束幅の一方側を遮るように設けられており、前記反射素子に入射した前記第２の波長の光は、前記反射素子で反射されることで前記波長変換層に入射する。
【０００７】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記反射素子は、前記波長変換層から射出された前記第２の波長の光の前記光束幅の５０％未満の範囲を遮るように配置されてもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記反射素子は、前記第１の波長の光を透過し前記第２の波長の光を反射するダイクロイックミラーであってもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記反射素子は、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光をそれぞれ反射する反射ミラーであってもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記励起光源から射出された前記第１の波長の光の光路上に配置され、前記第１の波長の光の光束幅を調整する光束幅調整光学系をさらに備えてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記反射素子は、曲面で構成された反射ミラーであってもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
【図２】光源装置の構成を示す概略図である。
【図３】波長変換素子の構成を示す概略図である。
【図４】蛍光の光路を説明する図である。
【図５】比較例における蛍光の光路を説明する図である。
【図６】反射素子で遮られる蛍光の光束幅と光損失との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態の光源装置の構成を示す概略図である。
【図８】第３実施形態の光源装置の要部構成を示す図である。
【図９】第４実施形態の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】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクター１は、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学装置５と、投写光学装置６とを備える。
【００１６】
光源装置２からは、少なくとも赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ（図２参照）の三原色の光を含む照明光ＷＬが射出される。色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。なお、本明細書において、赤色光ＬＲとは５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下のピーク波長を有する可視赤色光を示し、緑色光ＬＧとは５００ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のピーク波長を有する可視緑色光を示し、青色光ＬＢとは４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下のピーク波長を有する可視青色光を示す。
【００１７】
色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃとを備える。第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧを反射するとともに、赤色光ＬＲを透過させる。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに青色光ＬＢを透過させる。
【００１８】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００１９】
第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。
【００２０】
光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。
【００２１】
光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの入射側及び射出側には、不図示の偏光板が配置される。また、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒが配置される。
【００２２】
合成光学装置５には、光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒからの各画像光が入射する。合成光学装置５は、青色、緑色、赤色の各画像光を合成し、合成された画像光を投写光学装置６に向けて射出する。合成光学装置５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。
【００２３】
投写光学装置６は、合成光学装置５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大させつつ投写する。スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。投写光学装置６には、例えば、鏡筒と、鏡筒内に配置される複数のレンズとによって構成される組レンズが用いられる。
【００２４】
＜光源装置＞
続いて、上述の光源装置２の構成について詳しく説明する。
図２は、光源装置の構成を示す概略図である。図２に示すように、光源装置２は、励起光源２１と、コリメーター光学系２２と、第１の位相差板２８ａと、偏光分離素子２７と、反射素子２４と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子４０と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３と、を備える。
【００２５】
励起光源２１と、コリメーター光学系２２と、第１の位相差板２８ａと、偏光分離素子２７と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ＡＸ１上に順次配置されている。波長変換素子４０と、第１の集光光学系２６と、偏光分離素子２７と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、光軸ＡＸ２上に順次配置されている。光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。光軸ＡＸ２は光源装置２の照明光軸に相当する。
【００２６】
励起光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸ＡＸ１と直交する面内でアレイ状に配置されている。半導体レーザー２１ａは、例えば、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯に発光強度のピークを有し、ピーク波長が４６０ｎｍの青色レーザー光線Ｂを射出する。青色レーザー光線Ｂは直線偏光である。すなわち、励起光源２１は、複数の青色レーザー光線Ｂからなる青色光（第１の波長の光）ＬＢを射出する。
【００２７】
励起光源２１から射出された青色光ＬＢは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に配置された複数のコリメーターレンズ２２ａで構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａの相対位置に合わせて配置されている。それぞれのコリメーターレンズ２２ａは、半導体レーザー２１ａから射出された青色レーザー光線Ｂのそれぞれを平行光に変換する。すなわち、コリメーター光学系２２は、励起光源２１から射出された青色光ＬＢを平行光に変換する。
【００２８】
コリメーター光学系２２を通過した青色光ＬＢは、第１の位相差板２８ａに入射する。第１の位相差板２８ａは、例えば光学軸を光軸ＡＸ１の周りに回転可能とされた１／２波長板である。光軸ＡＸ１に対する第１の位相差板２８ａの回転角度が適切に設定されることによって、第１の位相差板２８ａを透過した青色光ＬＢは、偏光分離素子２７に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む青色光ＬＢとなる。
【００２９】
第１の位相差板２８ａを通過したＳ偏光成分の青色光ＬＢＳとＰ偏光成分の青色光ＬＢＰは、偏光分離素子２７に入射する。なお、以下の説明において青色光ＬＢＳ，ＬＢＰに共通する説明を行う際には、これらの偏光成分の青色光を青色光ＬＢとして記載する。偏光分離素子２７は、例えば波長選択性を有するダイクロイックミラーで構成されている。偏光分離素子２７は、光軸ＡＸ１及び光軸ＡＸ２の両方に対して４５°の角度をなすように配置される。
【００３０】
偏光分離素子２７は、青色光ＬＢＳを反射させ、青色光ＬＢＰを透過させる。また、偏光分離素子２７は、青色光ＬＢの波長とは異なる波長の蛍光（第２の波長の光）ＬＹを、その偏光状態にかかわらず透過させる。蛍光ＬＹは、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲを含む黄色光である。すなわち、偏光分離素子２７は、青色光領域の波長の光についてはＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するが、緑色光領域及び赤色光領域の波長の光についてはＳ偏光及びＰ偏光のそれぞれを透過させる、波長選択性の偏光分離特性を有している。
【００３１】
偏光分離素子２７から射出されたＳ偏光の青色光ＬＢＳは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂで構成されている。第１の集光光学系２６は、青色光ＬＢＳを波長変換素子４０に向けて集光させる機能と、波長変換素子４０から射出された蛍光ＬＹをピックアップして平行化する機能とを有する。
【００３２】
＜波長変換素子＞
図３は、波長変換素子の構成を示す概略図である
図３に示すように、波長変換素子４０は、基材４１と、蛍光体（波長変換層）４２と、反射層４３と、を有する。蛍光体４２は、青色光ＬＢＳを該青色光ＬＢＳとは異なる波長帯である黄色の蛍光（第２の波長の光）ＬＹに変換する。
【００３３】
基材４１は、板状部材であり、蛍光体４２を支持する支持台であって、例えば、アルミニウム、銅などの高熱伝導体で構成される。反射層４３は、基材４１及び蛍光体４２間に設けられる。反射層４３は蛍光体４２における青色光ＬＢＳが入射する表面４２ａと反対の面である底面４２ｂに設けられている。反射層４３は、蛍光体４２や基材４１に対して直接成膜されてもよく、接着剤などによって貼り付けられても構わない。なお、基材４１が蛍光ＬＹを所定の反射率で反射可能な材料で構成されている場合は、反射層４３を省略できる。
【００３４】
本実施形態において、蛍光体４２は体積比で５％以下の散乱要素を含有している。蛍光体４２における散乱要素の含有率は１％以下に設定するのがより好ましく、０．１％以下に設定するのがさらに好ましい。
【００３５】
蛍光体４２は、例えば複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系のセラミック蛍光体から構成されている。セラミック蛍光体からなる蛍光体４２は散乱要素として機能する気孔の含有率が体積比で５％以下に設定されている。
蛍光体４２において散乱要素の含有率が５％よりも大きくなると、散乱要素によって蛍光体４２内に生じる屈折率差が大きくなるため、蛍光体４２に入射した光が散乱され易くなる。これに対し、本実施形態の蛍光体４２は体積比で５％以下の散乱要素を含有する構成とするため、蛍光体４２に入射した光の散乱を抑えることができる。
【００３６】
蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹは第１の集光光学系２６により平行化されて、偏光分離素子２７に向かう。
図２に示したように、第１の集光光学系２６から偏光分離素子２７へと向かう蛍光ＬＹの光束幅の一部を遮るように反射素子２４が設けられている。具体的に、本実施形態の反射素子２４は、蛍光ＬＹの主光線に直交（交差）する方向に沿う光束幅の一方側を遮るように設けられている。ここで、蛍光ＬＹの主光線は光軸ＡＸ２に一致するため、蛍光ＬＹの光束幅とは光軸ＡＸ２に直交する方向における幅に相当する。
【００３７】
本実施形態において、反射素子２４は青色光ＬＢＳを透過し、蛍光ＬＹを反射するダイクロイックミラーで構成される。反射素子２４は青色光ＬＢＳを透過するので、青色光ＬＢＳの光路に重なる位置に反射素子２４を配置することができる。よって、反射素子２４は青色光ＬＢＳの光路を気にする必要が無いので、蛍光ＬＹの光路上の所望の位置に配置することができる。
【００３８】
また、反射素子２４と青色光ＬＢＳとの重なりを考慮する必要が無いので、青色光ＬＢＳの光路（光束幅）を拡げた状態で第１の集光光学系２６に入射させることができる。ここで、青色光ＬＢＳの光束幅が大きくなると、第１の集光光学系２６によって蛍光体４２上に形成される青色光ＬＢＳの照射面積が小さくなる。また、青色光ＬＢＳの照射面積を小さくすると、蛍光体４２から射出される蛍光ＬＹの発光面積を小さくできる。よって、蛍光ＬＹの光束幅を小さくすることができる。
【００３９】
図４は蛍光の光路を説明する図である。図４は光軸ＡＸ２に沿う面による断面図である。なお、図４では、図を見やすくするため、青色光ＬＢＳの図示を省略している。
図４に示すように、反射素子２４に入射した蛍光ＬＹは、反射素子２４で反射されて逆の光路を辿るように進行することで第１の集光光学系２６を経由して蛍光体４２に入射する。以下、反射素子２４で反射されて蛍光体４２に向かって進行する蛍光ＬＹを蛍光ＬＹＲと称す。
【００４０】
本実施形態の蛍光体４２は、散乱要素が体積比で５％以下であるため、入射光の散乱を抑制することができる。よって、蛍光体４２に入射した蛍光ＬＹＲは散乱されることなく蛍光体４２中を進行し、蛍光体４２の底面４２ｂに設けられた反射層４３で正反射されて再び蛍光体４２の表面４２ａから射出される。
【００４１】
本実施形態の光源装置２では、蛍光ＬＹＲが反射層４３で正反射されるので、蛍光ＬＹＲは光路を逆方向に辿る反射成分を含まない。すなわち、蛍光ＬＹＲは反射素子２４に戻る戻り光を含まないため、反射素子２４と反射層４３との間において蛍光ＬＹＲが繰り返し反射される多重反射の発生を抑制できる。
【００４２】
また、上述したように本実施形態の反射素子２４は、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように設けられている。
ここで、比較例として、蛍光ＬＹの光束幅の両側をそれぞれ遮る反射素子を設けた場合について考える。図５は比較例における蛍光の光路を説明する図である。
【００４３】
図５に示すように、比較例の反射素子２４Ａは、蛍光ＬＹの光束幅の両側をそれぞれ遮るように設けられている。反射素子２４Ａは、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮る第１部分２４Ａ１と、蛍光ＬＹの光束幅の他方側を遮る第２部分２４Ａ２とを含む。
【００４４】
反射素子２４Ａの第１部分２４Ａ１及び反射層４３を経由して蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲの一部である蛍光成分ＬＹＲ１は第１の集光光学系２６により平行化された後、反射素子２４の第２部分２４Ａ２で再び反射されて第１の集光光学系２６を経由して蛍光体４２に入射する。ここで、蛍光成分ＬＹＲ１は蛍光ＬＹＲの光路を逆方向に辿るように進行するので再び反射素子２４Ａの第１部分２４Ａ１で反射される。このように、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲの一部（蛍光成分ＬＹＲ１）は反射素子２４Ａと反射層４３との間で多重反射されることで外部に取り出すことができず光損失となる。
【００４５】
これに対し、本実施形態の反射素子２４は、蛍光ＬＹの光束幅の一方側のみを遮るため、反射素子２４及び反射層４３を経由して蛍光体４２から射出した蛍光ＬＹＲが反射素子２４の配置されない経路を通過する。よって、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲは第１の集光光学系２６により平行化された後、反射素子２４で反射されることなく、偏光分離素子２７に入射するようになる。
【００４６】
したがって、本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように反射素子２４を配置するので、比較例のように光束幅の両側を遮る反射素子２４Ａを備える場合と異なり、多重反射による光損失の発生を低減できる。
【００４７】
図６は反射素子によって遮られる蛍光の光束幅と光損失との関係を示す図である。
図６中の実線で示されるように、蛍光ＬＹの光束幅における５０％と同等もしくはそれ以上の範囲を遮るように反射素子２４を配置した場合、反射素子２４の一端部が光軸ＡＸ２上を覆うように配置される。この場合、蛍光ＬＹにおける光軸ＡＸ２に沿う中心光束ＬＹＣは反射素子２４に対して略垂直に入射するようになる。
【００４８】
蛍光ＬＹの中心光束ＬＹＣは反射素子２４で反射された後、同じ光路を辿って蛍光体４２の表面４２ａに対して略垂直に入射することで反射され、再び同じ光路を辿って反射素子２４に入射する。このように蛍光ＬＹの中心光束ＬＹＣは反射素子２４と反射層４３との間で多重反射されるため、外部に取り出すことができず、光損失となる。
【００４９】
ここで、図６中の破線で二点鎖線で示されるように、蛍光ＹＬの光束幅における５０％よりも大きい範囲を遮るように反射素子２４を配置した場合について考える。この場合、中心光束ＬＹＣの周辺に位置する周辺光束ＬＹＣ１が反射素子２４と反射層４３との間で多重反射されるため、光損失となる。すなわち、蛍光ＬＹの光路に直交する方向の光束幅の５０％以上の範囲を遮るように反射素子２４を配置した場合、より光損失が増加することとなる。
【００５０】
そこで、本実施形態の光源装置２では、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの光路に直交する方向における光束幅の５０％未満の範囲を遮るように反射素子２４を配置している。この構成によれば、蛍光ＬＹの一部が反射素子２４と反射層４３との間で多重反射されることで外部に取り出せなくなるといった不具合の発生を防止することができる。よって、蛍光ＬＹの光損失を低減することができる。
【００５１】
図２に示したように、本実施形態の光源装置２において、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの一部は反射素子２４で反射されることで蛍光ＬＹＲとして偏光分離素子２７に入射し、蛍光ＬＹの残りの一部は反射素子２４が配置されていない光路を通って偏光分離素子２７に蛍光ＬＹＤとして入射する。すなわち、偏光分離素子２７に入射する蛍光ＬＹＳは、蛍光ＬＹＲと蛍光ＬＹＤとを含む。本実施形態の光源装置２は、蛍光ＬＹＲの光路を蛍光ＬＹＤの光路に重ねることで偏光分離素子２７に入射する蛍光ＬＹＳの光束幅を小さくすることができる。蛍光ＬＹＳは非偏光であるため、偏光分離素子２７を通過し、インテグレーター光学系３１に入射する。
【００５２】
一方、偏光分離素子２７から光軸ＡＸ１に沿う方向に射出されたＰ偏光の青色光ＬＢＰは、第２の位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光ＬＢＣに変換され、第２の集光光学系２９に入射する。第２の位相差板２８ｂは、１／４波長板で構成されている。第２の集光光学系２９は、例えば両凸レンズ２９ａで構成され、青色光ＬＢＣを集光させつつ、拡散反射素子３０に入射させる。
【００５３】
拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＬＢＣを偏光分離素子２７に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０は、青色光ＬＢＣを拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光ＬＢＤを生成する。
【００５４】
本実施形態において、右回り円偏光の青色光ＢＬＣは、左回り円偏光の青色光ＢＬＤとして反射される。拡散反射素子３０としては、青色光ＬＢＣをランバート反射させつつ、青色光ＬＢＣの偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。なお、拡散反射素子３０の拡散度合いは青色光ＬＢＤの光束幅と蛍光ＬＹＳの光束幅とが同等となるように適宜設定される。そのため、本実施形態において、青色光ＬＢＤの光束幅は、蛍光ＬＹＳの光束幅と同等となっている。
【００５５】
青色光ＬＢＤは第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後、再び第２の位相差板２８ｂを透過し、Ｓ偏光の青色光ＬＢＳに変換される。青色光ＬＢＳは、偏光分離素子２７によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。
【００５６】
青色光ＬＢＳ及び蛍光ＬＹＳは、偏光分離素子２７から互いに同一方向に向けて射出され、青色光ＬＢＳと蛍光ＬＹＳとを含む略白色の照明光ＷＬを生成する。本実施形態の光源装置２は、色特性の高い白色光を照明光ＷＬとして生成するので、プロジェクター用の光源装置として好適なものといえる。
【００５７】
照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。インテグレーター光学系３１は、例えば、２つのレンズアレイ３１ａ，３１ｂで構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂはそれぞれ、光軸ＡＸ２に直交する面内にアレイ状に配列された複数のマイクロレンズを有する。
【００５８】
インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板によって構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光状態の蛍光ＬＹを含む照明光ＷＬの偏光を直線偏光にする。
【００５９】
偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はインテグレーター光学系３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬの照度分布を均一化する。このようにして、光源装置２から照明光ＷＬが射出される。
【００６０】
以上説明した本実施形態に係る光源装置２によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の光源装置２は、青色光ＬＢを射出する励起光源２１と、励起光源２１から射出した青色光ＬＢを蛍光ＬＹに変換し、体積比で５％以下の散乱要素を含有する蛍光体４２と、蛍光体４２における青色光ＬＢが入射する表面４２ａと反対の底面４２ｂに設けられ、蛍光ＬＹを反射する反射層４３と、蛍光体４２から射出される蛍光ＬＹを反射する反射素子２４と、を備え、反射素子２４は、蛍光ＹＬの光束幅の一方側を遮るように設けられており、反射素子２４に入射した蛍光ＬＹは、反射素子２４で反射されることで蛍光体４２に入射する。
【００６１】
本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように配置された反射素子２４を備えるので、反射素子２４で反射された蛍光ＬＹＲが蛍光体４２で散乱されることなく反射層４３で正反射して蛍光体４２から射出される。よって、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲは反射素子２４に入射しないので、反射素子２４と反射層４３との間における蛍光ＬＹＲの多重反射が抑制される。したがって、多重反射による蛍光ＬＹＲの光損失を抑えることで光利用効率を向上することができる。
【００６２】
また、本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＬＹＲの光路を蛍光ＬＹＤの光路に重ねることで偏光分離素子２７に入射する蛍光ＬＹＳの光束幅を小さくできる。これにより、蛍光ＬＹＳ及び該蛍光ＬＹＳを含む照明光ＷＬの光束幅を小さくなるので、結果的に照明光ＷＬが入射する光学部品（インテグレーター光学系３１、偏光変換素子３２及び重畳レンズ３３）も小型化できる。したがって、本実施形態の光源装置２によれば、小型であって光利用効率の高いものとなる。
【００６３】
また、本実施形態の光源装置２において、反射素子２４は、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの光束幅の５０％未満の範囲を遮るように配置されるため、蛍光ＬＹの一部が反射素子２４と反射層４３との間で多重反射されることで外部に取り出せなくなるといった不具合の発生を防止できる。よって、蛍光ＬＹの光損失をより低減することで光利用効率を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態の光源装置２において、反射素子２４は青色光ＬＢを透過し蛍光ＬＹを反射するダイクロイックミラーである。この構成によれば、反射素子２４が青色光ＬＢＳを透過するので、青色光ＬＢＳの光路に重なる位置に反射素子２４を配置できる。よって、青色光ＬＢＳの光路を考慮する必要が無いので、蛍光ＬＹの光路上の所望の位置に反射素子２４を配置することができる。
【００６５】
また、反射素子２４と青色光ＬＢＳとの重なりを考慮する必要が無いため、青色光ＬＢＳの光路（光束幅）を広くとることができる。このように青色光ＬＢＳの光束幅を広げることで、第１の集光光学系２６によって蛍光体４２上に形成される青色光ＬＢＳの照射面積を小さくすることができる。したがって、蛍光体４２から射出される蛍光ＬＹの発光面積を小さくできるので、上述のように照明光ＷＬの光束幅を小型化し易くなる。
【００６６】
また、本実施形態の光源装置２によれば、照明光ＷＬの光束幅を小さくするので、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに対する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの入射角度を小さくできる。これにより、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂで変調された各色の画像光は光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂから小さい放射角でそれぞれ射出されるようになる。小さい放射角で射出された各色の画像光は投写光学装置６に入射するまでに大きく拡がることがないため、投写光学装置６として小型のものを採用することが可能となる。したがって、本実施形態の光源装置２は、投写光学装置６を小型化できるという効果を奏するので、プロジェクター用の光源装置として用いるのが特に望ましい。
【００６７】
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態のプロジェクター１は、光源装置２と、光源装置２からの青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置４Ｂ，４Ｇ，４Ｒと、前述の画像光を投写する投写光学装置６とを備える。このことによって、本実施形態のプロジェクター１によれば、光損失を抑えるとともに小型化された光源装置２を備えるので、小型化を図るとともに高輝度な画像を形成して投写することができる。
【００６８】
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る光源装置について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図７は本実施形態の光源装置の構成を示す概略図である。
図７に示すように、光源装置１０２は、励起光源２１と、コリメーター光学系２２と、アフォーカル光学系（光束調整光学系）２３と、第１の位相差板２８ａと、偏光分離素子２７と、反射素子１２４と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子４０と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３と、を備える。
【００６９】
本実施形態において、コリメーター光学系２２を通過した青色光ＬＢは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３によって、青色光ＬＢの光束径を縮小するように調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ及び凹レンズ２３ｂで構成されている。アフォーカル光学系２３を通過した青色光ＬＢは、第１の位相差板２８ａに入射する。
【００７０】
本実施形態において、第１の集光光学系２６から偏光分離素子２７へと向かう蛍光ＬＹの光束幅の一方側を覆うように反射素子１２４が設けられている。また、反射素子１２４は、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの光路に直交する方向における光束幅の５０％未満の範囲を遮るように配置されている。
【００７１】
本実施形態の反射素子１２４は、青色光ＬＢＳおよび蛍光ＬＹをそれぞれ反射する反射ミラーである。反射素子１２４は青色光ＬＢＳを反射するため、青色光ＬＢＳの光路上に反射素子１２４を配置することは望ましくない。そこで、本実施形態の光源装置１０２では、上述したアフォーカル光学系２３を用いることで予め青色光ＬＢ（青色光ＬＢＳ）の光束径を縮小しているため、仮に反射素子１２４を第１実施形態の反射素子２４と同じ位置配置した場合でも青色光ＬＢＳの光路を反射素子１２４で遮らない。
【００７２】
本実施形態の光源装置１０２によれば、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように配置された反射素子１２４を備えるので、反射素子１２４で反射された蛍光ＬＹＲが蛍光体４２で散乱されることなく反射層４３で正反射して蛍光体４２から射出される。よって、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲは反射素子１２４に入射しないので、反射素子１２４と反射層４３との間における蛍光ＬＹＲの多重反射が抑制される。したがって、多重反射による蛍光ＬＹＲの光損失を抑えることができる。
【００７３】
（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る光源装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
図８は本実施形態の光源装置の要部構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態の光源装置２０２は反射素子２２４を有する。反射素子２２４は、第１の集光光学系２６における波長変換素子４０側に配置されている。
【００７４】
反射素子２２４は、内面及び外面が曲面で構成されたカップ形状を半分にした外形を有する。反射素子２２４は波長変換素子４０の一部を覆うように基材４１上に配置されている。具体的に、反射素子２２４は、光軸ＡＸ２方向に沿って視た場合に、蛍光体４２の表面４２ａの一部を覆う。反射素子２２４は蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように設けられる。
【００７５】
反射素子２２４は、青色光ＬＢＳを透過し、蛍光ＬＹを反射するダイクロイックミラーで構成される。なお、反射素子２２４は、上述した半カップ形状からなる例えばガラスなどの透光性部材の内面或いは外面にダイクロイック膜を成膜することで構成してもよい。
【００７６】
反射素子２２４に入射した蛍光ＬＹは、反射素子２２４で反射されて逆の光路を辿るように進行して蛍光ＬＹＲとして蛍光体４２に入射する。本実施形態の反射素子２２４は、蛍光ＬＹの光束幅の一方側のみを遮るため、反射素子２２４及び反射層４３を経由して蛍光体４２から射出した蛍光ＬＹＲは反射素子２２４で遮られない光路に進行する。よって、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲは、反射素子２２４で反射されることなく、第１の集光光学系２６により平行化された後、不図示の偏光分離素子２７に入射する。
【００７７】
本実施形態の光源装置２０２によれば、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように配置された反射素子２２４を備えるので、反射素子２２４で反射された蛍光ＬＹＲが蛍光体４２で散乱されることなく反射層４３で正反射して蛍光体４２から射出される。よって、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲは反射素子２２４に入射しないので、反射素子２２４と反射層４３との間における蛍光ＬＹＲの多重反射が抑制される。したがって、多重反射による蛍光ＬＹＲの光損失を抑えることができる。
【００７８】
また、本実施形態の光源装置２０２においても、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの光路に直交する方向における光束幅の５０％未満の範囲を遮るように反射素子２２４が配置されている。そのため、光源装置２０２では、蛍光ＬＹの一部が反射素子２２４と反射層４３との間で多重反射されることで外部に取り出せなくなるといった不具合の発生を防止するので、蛍光ＬＹの光損失を低減できる。
【００７９】
（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせた構成である。本実施形態の光源装置は、第２実施形態における反射素子を第３実施形態の半カップ形状からなる反射ミラーに置き換えたものである。以下では、第２実施形態及び第３実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
【００８０】
図９は本実施形態の光源装置の構成を示す概略図である。
図９に示すように、光源装置３０２は、アフォーカル光学系２３と反射素子３２４とを有する。なお、図９では、アフォーカル光学系２３と反射素子３２４との間に配置される光学部材の一部を省略するとともに、アフォーカル光学系２３と反射素子３２４とが直線上に並ぶように図示している。
【００８１】
反射素子３２４は、内面及び外面が曲面で構成されたカップ形状を半分にした外形を有し、青色光ＬＢＳおよび蛍光ＬＹをそれぞれ反射する反射ミラーで構成される。反射素子３２４は青色光ＬＢＳを反射するため、青色光ＬＢＳの光路上に反射素子３２４を配置することは望ましくない。本実施形態の光源装置３０２では、アフォーカル光学系２３を用いることで予め青色光ＬＢ（青色光ＬＢＳ）の光束径を縮小するので、反射素子３２４が青色光ＬＢＳの光路を遮らない。
【００８２】
本実施形態の光源装置３０２によれば、蛍光ＬＹの光束幅の一方側を遮るように配置された反射素子３２４を備えるので、反射素子３２４で反射された蛍光ＬＹＲが蛍光体４２で散乱されることなく反射層４３で正反射して蛍光体４２から射出される。よって、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹＲは反射素子３２４に入射しないので、反射素子２２４と反射層４３との間における蛍光ＬＹＲの多重反射が抑制される。したがって、多重反射による蛍光ＬＹＲの光損失を抑えることができる。
【００８３】
また、本実施形態の光源装置３０２においても、蛍光体４２から射出された蛍光ＬＹの光路に直交する方向における光束幅の５０％未満の範囲を遮るように反射素子３２４が配置されている。そのため、光源装置３０２では、蛍光ＬＹの一部が反射素子３２４と反射層４３との間で多重反射されることで外部に取り出せなくなるといった不具合の発生を防止するので、蛍光ＬＹの光損失を低減できる。
【００８４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
光源装置を構成する各構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
【００８５】
また、上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。
ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…プロジェクター、２，１０２，２０２，３０２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、１５…反射ミラー、２１…励起光源、２３…アフォーカル光学系（光束幅調整光学系）、２４，２４Ａ，１２４，２２４，３２４…反射素子、４２…蛍光体（波長変換層）、４３…反射層、ＬＢ…青色光（第１の波長の光）、ＬＹ…蛍光（第２の波長の光）。
【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】
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【図８】
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【図９】
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