(57)【要約】【課題】コンパクトな構成の光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、第１励起光および第２励起光を射出する励起光源部と、蛍光体を含み、第１励起光を第１波長帯の第１の光に変換する第１波長変換部と、蛍光体を含み、第２励起光を第２波長帯の第２の光に変換する第２波長変換部と、を備える。第１波長変換部は、互いに対向する第１端面および第２端面と、各端面に交差する第１側面と、を有する。第２波長変換部は、互いに対向する第３端面および第４端面と、各端面に交差する第２側面と、を有する。第１波長変換部の第２端面と第２波長変換部の第３端面とが対向し、第１励起光は、第１波長変換部の第１側面から入射し、第２励起光は、第２波長変換部の第２側面から入射し、第１の光および第２の光は、第１波長変換部の第１端面から射出される。【選択図】図２
2020016856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１励起光および第２励起光を射出する励起光源部と、
蛍光体を少なくとも含み、前記励起光源部から入射した前記第１励起光を前記第１励起光の波長帯とは異なる第１波長帯の第１の光に変換する第１波長変換部と、
蛍光体を少なくとも含み、前記励起光源部から入射した前記第２励起光を前記第２励起光の波長帯および前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光に変換する第２波長変換部と、
を備え、
前記第１波長変換部は、互いに対向する第１端面および第２端面と、前記第１端面および前記第２端面に交差する第１側面と、を有し、
前記第２波長変換部は、互いに対向する第３端面および第４端面と、前記第３端面および前記第４端面に交差する第２側面と、を有し、
前記第１波長変換部の前記第２端面と前記第２波長変換部の前記第３端面とが対向し、
前記第１励起光は、前記第１波長変換部の前記第１側面から入射し、
前記第２励起光は、前記第２波長変換部の前記第２側面から入射し、
前記第１の光および前記第２の光は、前記第１波長変換部の前記第１端面から射出される、光源装置。
【請求項２】
前記第１の光のピーク波長は、前記第２の光のピーク波長よりも短い、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１波長帯は青色の波長帯であり、前記第２波長帯は黄色の波長帯である、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記励起光源部は、前記第１波長変換部の前記第１側面に対向して設けられ、前記第１励起光として紫外光を射出する第１励起光源部と、前記第２波長変換部の前記第２側面に対向して設けられ、前記第２励起光として紫外光、紫色光もしくは青色光を射出する第２励起光源部と、を有する、請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１波長変換部の前記第１端面の光射出側に設けられ、光入射端面と光射出端面とを有し、前記光射出端面における拡散角を前記光入射端面における拡散角よりも小さくする角度変換素子をさらに備えた、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第２波長変換部の前記第４端面に設けられ、少なくとも前記第２の光を反射させるミラーをさらに備えた、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１波長変換部の前記第２端面と前記第２波長変換部の前記第３端面との間に設けられ、前記第２の光を透過させるとともに前記第１の光を反射させる第１ダイクロイックミラーをさらに備えた、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１波長変換部と前記第２波長変換部とは、前記第１ダイクロイックミラーを介して接続されている、請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１波長変換部の前記第１側面に設けられ、前記第１励起光を透過させるとともに少なくとも前記第１の光を反射させる第２ダイクロイックミラーと、
前記第２波長変換部の前記第２側面に設けられ、前記第２励起光を透過させるとともに少なくとも前記第２の光を反射させる第３ダイクロイックミラーと、
をさらに備えた、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１波長変換部と前記第２波長変換部とは、一体の部材で構成されている、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第１波長変換部および前記第２波長変換部は、母材と、前記第１波長変換部において前記母材に含有されて前記第１の光を射出する第１蛍光体と、前記第２波長変換部において前記母材に含有されて前記第２の光を射出する第２蛍光体と、を有する、請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１端面の法線方向における前記第１波長変換部および前記第２波長変換部の寸法は、前記側面の法線方向における前記第１波長変換部および前記第２波長変換部の寸法よりも長い、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記励起光源部は、発光ダイオードを有する、請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの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射する投射光学装置と、を備えた、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】
プロジェクターに用いられる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。下記の特許文献１には、平板状の波長変換部材と、励起光を射出する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を備え、波長変換部材の面積が広い面から励起光を入射させ、波長変換部材の面積が狭い面から変換光を射出させる形態の光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／０５４２０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているように、ＬＥＤから射出された光を波長変換部材に入射させることにより、ＬＥＤから射出された光の波長とは異なる波長の光を得ることができる。例えば波長変換部材が黄色蛍光体を含んでいる場合、ＬＥＤから射出された青色光から黄色光を得ることができる。ところが、プロジェクター用光源装置として必要な白色光を得るために、特許文献１の光源装置とは別に、青色光を射出する光源、青色光と黄色光とを合成する色合成素子等の光学系を別途設けなければならない。その結果、光源装置が大型化するという課題があった。また、白色以外の色光を得る場合においても、蛍光と他の色光とを合成するための光学系に起因して光源装置が大型化するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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励起光および第２励起光を射出する励起光源部と、蛍光体を少なくとも含み、前記励起光源部から入射した前記第１励起光を前記第１励起光の波長帯とは異なる第１波長帯の第１の光に変換する第１波長変換部と、蛍光体を少なくとも含み、前記励起光源部から入射した前記第２励起光を前記第２励起光の波長帯および前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光に変換する第２波長変換部と、を備える。前記第１波長変換部は、互いに対向する第１端面および第２端面と、前記第１端面および前記第２端面に交差する第１側面と、を有する。前記第２波長変換部は、互いに対向する第３端面および第４端面と、前記第３端面および前記第４端面に交差する第２側面と、を有する。前記第１波長変換部の前記第２端面と前記第２波長変換部の前記第３端面とが対向し、前記第１励起光は、前記第１波長変換部の前記第１側面から入射し、前記第２励起光は、前記第２波長変換部の前記第２側面から入射し、前記第１の光および前記第２の光は、前記第１波長変換部の前記第１端面から射出される。
【０００６】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光のピーク波長は、前記第２の光のピーク波長よりも短くてもよい。
【０００７】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１波長帯は青色の波長帯であり、前記第２波長帯は黄色の波長帯であってもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記励起光源部は、前記第１波長変換部の前記第１側面に対向して設けられ、前記第１励起光として紫外光を射出する第１励起光源部と、前記第２波長変換部の前記第２側面に対向して設けられ、前記第２励起光として紫外光、紫色光もしくは青色光を射出する第２励起光源部と、を有していてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１波長変換部の前記第１端面の光射出側に設けられ、光入射端面と光射出端面とを有し、前記光射出端面における拡散角を前記光入射端面における拡散角よりも小さくする角度変換素子をさらに備えていてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記第２波長変換部の前記第４端面に設けられ、少なくとも前記第２の光を反射させるミラーをさらに備えていてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１波長変換部の前記第２端面と前記第２波長変換部の前記第３端面との間に設けられ、前記第２の光を透過させるとともに前記第１の光を反射させる第１ダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１波長変換部と前記第２波長変換部とは、前記第１ダイクロイックミラーを介して接続されていてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１波長変換部の前記第１側面に設けられ、前記励起光を透過させるとともに少なくとも前記第１の光を反射させる第２ダイクロイックミラーと、前記第２波長変換部の前記第２側面に設けられ、前記励起光を透過させるとともに少なくとも前記第２の光を反射させる第３ダイクロイックミラーと、をさらに備えていてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１波長変換部と前記第２波長変換部とは、一体の部材で構成されていてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１波長変換部および前記第２波長変換部は、母材と、前記第１波長変換部において前記母材に含有されて前記第１の光を射出する第１蛍光体と、前記第２波長変換部において前記母材に含有されて前記第２の光を射出する第２蛍光体と、を有していてもよい。
【００１６】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１端面の法線方向における前記第１波長変換部および前記第２波長変換部の寸法は、前記側面の法線方向における前記第１波長変換部および前記第２波長変換部の寸法よりも長くてもよい。
【００１７】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記励起光源部は、発光ダイオードを有していてもよい。
【００１８】
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、前記光源装置からの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射する投射光学装置と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】第１実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図３】第１実施形態の変形例の光源装置の概略構成図である。
【図４】第２実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図５】第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２１】
本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー画像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。
【００２２】
図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置２と、均一照明光学系４０と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学装置６と、を備えている。
【００２３】
光源装置２は、照明光ＷＬを均一照明光学系４０に向けて射出する。光源装置２の詳細な構成については、後で詳しく説明する。
【００２４】
均一照明光学系４０は、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３と、を備えている。インテグレーター光学系３１は、第１レンズアレイ３１ａと、第２レンズアレイ３１ｂと、を備えている。均一照明光学系４０は、光源装置２から射出された照明光ＷＬの強度分布を、被照明領域である光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれにおいて均一化する。均一照明光学系４０から射出された照明光ＷＬは、色分離光学系３へ入射する。
【００２５】
色分離光学系３は、白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、第３反射ミラー８ｃと、第１リレーレンズ９ａと、第２リレーレンズ９ｂと、を備えている。
【００２６】
第１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（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）とに分離する。第１ダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２ダイクロイックミラー７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２ダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。
【００２７】
第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２反射ミラー８ｂおよび第３反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。また、緑色光ＬＧは、第２ダイクロイックミラー７ｂによって光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００２８】
第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２ダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１リレーレンズ９ａおよび第２リレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長いことに起因した青色光ＬＢの照明分布の違いを修正する。
【００２９】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【００３０】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、偏光板（図示せず）がそれぞれ配置され、特定の方向の直線偏光のみを通過させる構成となっている。
【００３１】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ、フィールドレンズ１０Ｇ、およびフィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの主光線を平行化する。
【００３２】
合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学装置６に向けて射出する。合成光学系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。
【００３３】
投射光学装置６は、複数の投射レンズから構成されている。投射光学装置６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。
【００３４】
以下、光源装置２について説明する。
図２は、光源装置２の概略構成図である。
【００３５】
図２に示すように、光源装置２は、波長変換部材１６と、励起光源部１７と、角度変換素子５４と、ミラー５５と、第１ダイクロイックミラー５６と、コリメーターレンズ５９と、を備えている。
【００３６】
波長変換部材１６は、第１波長変換部１６１と、第２波長変換部１６２と、を有する。第１波長変換部１６１は、蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の第１の励起光Ｅ１を励起波長帯とは異なる第１波長帯の第１の蛍光ＫＢ（第１の光）に変換する。第２波長変換部１６２は、蛍光体を少なくとも含み、第２の励起光Ｅ２を励起波長帯および第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の蛍光ＫＹ（第２の光）に変換する。
【００３７】
第１波長変換部１６１は、四角柱状の形状を有し、互いに対向する第１端面１６１ａおよび第２端面１６１ｂと、第１端面１６１ａおよび第２端面１６１ｂに交差する４つの側面１６１ｃと、を有する。側面１６１ｃは、特許請求の範囲における第１側面に対応する。第２波長変換部１６２は、第１波長変換部１６１と同様、四角柱状の形状を有し、互いに対向する第３端面１６２ａおよび第４端面１６２ｂと、第３端面１６２ａおよび第４端面１６２ｂに交差する４つの側面１６２ｃと、を有する。側面１６２ｃは、特許請求の範囲における第２側面に対応する。
【００３８】
第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２とは、第１波長変換部１６１の第２端面１６１ｂと第２波長変換部１６２の第３端面１６２ａとが対向する向きで、後述する第１ダイクロイックミラー５６を介して接合されている。なお、第１波長変換部１６１の第１端面１６１ａの中心と第２波長変換部１６２の第４端面１６２ｂの中心とを通る中心軸を波長変換部材１６の光軸Ｊ１と定義する。
【００３９】
励起光源部１７は、第１励起光源部１７１と、第２励起光源部１７２と、を有する。第１励起光源部１７１は、第１波長変換部１６１の側面１６１ｃに対向して設けられ、第１の励起光Ｅ１として紫外光を射出する。第２励起光源部１７２は、第２波長変換部１６２の側面１６２ｃに対向して設けられ、第２の励起光Ｅ２として紫外光、紫色光もしくは青色光を射出する。本実施形態では、第２励起光源部１７２は、第２の励起光Ｅ２として青色光を射出する。
【００４０】
なお、第１の励起光Ｅ１と第２の励起光Ｅ２との双方に紫外光が用いられる場合には、第１励起光源部と第２励起光源部とを分割せずに、励起光源部を一体化することができる。
【００４１】
第１励起光源部１７１は、第１波長変換部１６１の４つの側面１６１ｃのうち、一部の側面１６１ｃに対向して設けられていてもよいし、全ての側面１６１ｃに対向して設けられていてもよい。同様に、第２励起光源部１７２は、第２波長変換部１６２の４つの側面１６２ｃのうち、一部の側面１６２ｃに対向して設けられていてもよいし、全ての側面１６２ｃに対向して設けられていてもよい。
【００４２】
第１端面１６１ａの法線方向における波長変換部材１６の全体の寸法Ａは、側面１６１ｃの法線方向における波長変換部材１６の寸法Ｂよりも長い。例えば寸法Ａは、寸法Ｂの１０倍〜数１０倍程度である。また、第１端面１６１ａの法線方向における第２波長変換部１６２の寸法Ａ２は、第１端面１６１ａの法線方向における第１波長変換部１６１の寸法Ａ１の例えば４〜５倍程度である。そのため、第１端面１６１ａの法線方向における第１波長変換部１６１の寸法Ａ１および第２波長変換部１６２の寸法Ａ２は、側面１６１ｃの法線方向における波長変換部材１６の寸法Ｂよりも長い。
【００４３】
なお、第１波長変換部１６１および第２波長変換部１６２のそれぞれは、必ずしも四角柱状の形状を有していなくてもよく、三角柱などの他の多角形状であってもよい。もしくは、第１波長変換部１６１および第２波長変換部１６２のそれぞれは、円柱状であってもよい。第１波長変換部１６１および第２波長変換部１６２のそれぞれが円柱状である場合、第１波長変換部１６１は、互いに対向する第１端面および第２端面と、第１端面および第２端面に交差する１つの側面と、を有する。第２波長変換部１６２は、互いに対向する第３端面および第４端面と、第３端面および第４端面に交差する１つの側面と、を有する。
【００４４】
第１励起光源部１７１は、紫外域の第１の励起光Ｅ１を射出するＬＥＤを有する。第１励起光源部１７１は、第１波長変換部１６１の側面１６１ｃに対向して設けられ、側面１６１ｃに向けて第１励起波長帯の第１の励起光Ｅ１を射出する。第１励起波長帯は、例えば２００ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外の波長域である。すなわち、第１の励起光Ｅ１は、紫外光である。ただし、第１励起波長帯は、例えば４００ｎｍ前後の紫色の波長域であってもよい。
【００４５】
第１励起光源部１７１は、紫外域の第１励起波長帯を有する第１の励起光Ｅ１を射出するＬＥＤを有しているが、ＬＥＤの他、導光板、拡散板、レンズ等の他の光学部材を有していてもよい。ＬＥＤの個数は、特に限定されない。
【００４６】
第１波長変換部１６１は、例えば希土類イオンをガラスに分散させた蛍光ガラス、ガラスや樹脂等のバインダーに青色蛍光体を分散させた材料などから構成されている。具体的には、蛍光ガラスとして、ルミラス（商品名、住田光学ガラス社製）等が用いられる。青色蛍光体として、例えばＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ（II）等が用いられる。第１波長変換部１６１は、第１励起波長帯の第１の励起光Ｅ１を第１波長帯の第１の蛍光ＫＢ（青色光）に変換する。
【００４７】
第２励起光源部１７２は、青色域の第２の励起光Ｅ２を射出するＬＥＤを有する。第２励起光源部１７２は、第２波長変換部１６２の側面１６２ｃに対向して設けられ、側面１６２ｃに向けて第２励起波長帯の第２の励起光Ｅ２を射出する。第２励起波長帯は、例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの青色の波長域である。すなわち、第２の励起光Ｅ２は、青色光である。
【００４８】
第２波長変換部１６２は、第２の励起光Ｅ２を第２波長帯の第２の蛍光ＫＹに波長変換するセラミック蛍光体（多結晶蛍光体）から構成されている。第２波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色の波長帯である。したがって、第２波長帯における蛍光ＫＹのピーク波長は、第１波長帯における蛍光ＫＢのピーク波長よりも長い。
【００４９】
第２波長変換部１６２は、多結晶蛍光体に代えて、単結晶蛍光体から構成されていてもよい。もしくは、第２波長変換部１６２は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、第２波長変換部１６２は、ガラスや樹脂からなるバインダー中に多数の蛍光体粒子が分散された材料から構成されていてもよい。
【００５０】
第２波長変換部１６２は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体から構成されている。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、第２波長変換部１６２の材料として、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。
【００５１】
上記構成の波長変換部材１６において、励起光源部１７から射出された第１の励起光Ｅ１および第２の励起光Ｅ２は、第１波長変換部１６１の側面１６１ｃおよび第２波長変換部１６２の側面１６２ｃから波長変換部材１６に入射する。具体的には、第１励起光源部１７１から射出された第１の励起光Ｅ１は、第１波長変換部１６１の側面１６１ｃから第１波長変換部１６１に入射する。第２励起光源部１７２から射出された第２の励起光Ｅ２は、第２波長変換部１６２の側面１６２ｃから第２波長変換部１６２に入射する。
【００５２】
また、後述するミラー５５が第２波長変換部１６２の第２端面１６２ｂに設けられているため、第１の蛍光ＫＢおよび第２の蛍光ＫＹは、第１波長変換部１６１の第１端面１６１ａから射出される。第１の蛍光ＫＢおよび第２の蛍光ＫＹは、第１波長変換部１６１の内部で合成され、白色の合成光ＫＷとなって射出される。
【００５３】
角度変換素子５４は、第１波長変換部１６１の第１端面１６１ａの光射出側に設けられている。角度変換素子５４は、合成光ＫＷが入射する光入射端面５４ａと、合成光ＫＷが射出する光射出端面５４ｂと、を有するテーパーロッドから構成されている。角度変換素子５４は、四角錐台状の形状を有し、光軸Ｊ１に垂直な断面積が光の進行方向に沿って広がっており、光射出端面５４ｂの面積は光入射端面５４ａの面積よりも大きい。これにより、合成光ＫＷは、角度変換素子５４の内部を進行する間に、側面５４ｃで全反射する毎に光軸Ｊ１に平行な方向に角度を変える。このようにして、角度変換素子５４は、光射出端面５４ｂにおける合成光ＫＷの拡散角を光入射端面５４ａにおける合成光ＫＷの拡散角よりも小さくする。
【００５４】
角度変換素子５４は、光入射端面５４ａが第１波長変換部１６１の第１端面１６１ａに対向するように光学接着剤（図示略）によって波長変換部材１６に固定されている。すなわち、角度変換素子５４と波長変換部材１６とは光学接着剤を介して接触しており、角度変換素子５４と波長変換部材１６との間に空隙（空気層）は設けられていない。なお、角度変換素子５４は、例えば任意の支持部材によって波長変換部材１６に直接接触するように固定されていてもよい。いずれにしても、角度変換素子５４と波長変換部材１６との間に空隙が設けられていないことが望ましい。角度変換素子５４の屈折率と波長変換部材１６の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。
【００５５】
なお、角度変換素子５４として、テーパーロッドに代えて、複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator, ＣＰＣ）が用いられてもよい。角度変換素子５４としてＣＰＣを用いた場合も、テーパーロッドを用いた場合と同様の効果が得られる。
【００５６】
ミラー５５は、第２波長変換部１６２の第４端面１６２ｂに設けられている。ミラー５５は、第２波長変換部１６２の内部を導光し、第４端面１６２ｂに到達した第２の蛍光ＫＹを少なくとも反射させる。また、第２波長変換部１６２の内部を導光し、第４端面１６２ｂに到達した第１の蛍光ＫＢが存在する場合、ミラー５５は、第２の蛍光ＫＹに加えて第１の蛍光ＫＢを反射させてもよい。ミラー５５は、第２波長変換部１６２の第４端面１６２ｂに形成された金属膜や誘電体多層膜から構成されている。
【００５７】
第１ダイクロイックミラー５６は、第１波長変換部１６１の第２端面１６１ｂと第２波長変換部１６２の第３端面１６２ａとの間に設けられている。第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２とは、第１ダイクロイックミラー５６を介して接続されている。第１ダイクロイックミラー５６は、第２波長変換部１６２の内部で生成された第２の蛍光ＫＹを透過させるとともに、第１波長変換部１６１の内部で生成された第１の蛍光ＫＢを反射させる。第１ダイクロイックミラー５６は、第１波長変換部１６１の第２端面１６１ｂもしくは第２波長変換部１６２の第３端面１６２ａに形成された誘電体多層膜から構成されている。
【００５８】
コリメーターレンズ５９は、角度変換素子５４の光射出端面５４ｂの光射出側に設けられている。コリメーターレンズ５９は、角度変換素子５４から射出された合成光ＫＷを平行化する。すなわち、角度変換素子５４によって角度分布が変換された合成光ＫＷの平行度は、コリメーターレンズ５９によってさらに高められる。コリメーターレンズ５９は、凸レンズで構成されている。なお、角度変換素子５４のみで十分な平行度が得られている場合、必ずしもコリメーターレンズ５９は設けられていなくてもよい。
【００５９】
以下、上記構成の光源装置２における光の振る舞いについて説明する。
第１励起光源部１７１から射出された第１の励起光Ｅ１が第１波長変換部１６１に入射すると、第１波長変換部１６１に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点Ｐ１から第１の蛍光ＫＢが発せられる。第１の蛍光ＫＢは、任意の発光点Ｐ１から全ての方向に向かって進むが、側面１６１ｃに向かった第１の蛍光ＫＢは、側面１６１ｃでの反射を繰り返しつつ、第１端面１６１ａもしくは第２端面１６１ｂに向かって進む。第１端面１６１ａに向かった第１の蛍光ＫＢは、角度変換素子５４に入射する。一方、第２端面１６１ｂに向かった第１の蛍光ＫＢは、第１ダイクロイックミラー５６で反射し、第１端面１６１ａに向かって進む。
【００６０】
なお、第１波長変換部１６１に入射した第１の励起光Ｅ１のうち、蛍光体の励起に使われなかった第１の励起光Ｅ１が第２波長変換部１６２に入射しないように、第１ダイクロイックミラー５６は、第１の蛍光ＫＢとともに第１の励起光Ｅ１を反射させる特性を有することが望ましい。また、蛍光体の励起に使われなかった第１の励起光Ｅ１が角度変換素子５４に入射しないように、第１波長変換部１６１と角度変換素子５４との間に、第１の蛍光ＫＢおよび第２の蛍光ＫＹを透過するとともに第１の励起光Ｅ１を反射させる特性を有するダイクロイックミラーが設けられてもよい。
【００６１】
第２励起光源部１７２から射出された第２の励起光Ｅ２が第２波長変換部１６２に入射すると、第２波長変換部１６２に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点Ｐ２から第２の蛍光ＫＹが発せられる。第２の蛍光ＫＹは、任意の発光点Ｐ２から全ての方向に向かって進むが、側面１６２ｃに向かった第２の蛍光ＫＹは、側面１６２ｃでの反射を繰り返しつつ、第３端面１６２ａもしくは第４端面１６２ｂに向かって進む。第３端面１６２ａに向かった第２の蛍光ＫＹは、第１ダイクロイックミラー５６を透過し、第１波長変換部１６１に入射する。一方、第４端面１６２ｂに向かった第２の蛍光ＫＹは、ミラー５５で反射し、第３端面１６２ａに向かって進み、もともと第３端面１６２ａに向かった第２の蛍光ＫＹと同様の経路をたどって第１波長変換部１６１に入射する。
【００６２】
なお、第２波長変換部１６２に入射した第２の励起光Ｅ２のうち、蛍光体の励起に使われなかった第２の励起光Ｅ２が第１波長変換部１６１に入射しないように、第１ダイクロイックミラー５６は、第１の蛍光ＫＢとともに第２の励起光Ｅ２を反射させる特性を有することが望ましい。
【００６３】
第１波長変換部１６１に入射した第２の蛍光ＫＹは、第１の蛍光ＫＢとともに第１波長変換部１６１の内部を導光し、青色の第１の蛍光ＫＢと黄色の第２の蛍光ＫＹとを含む白色の合成光ＫＷが第１波長変換部１６１の第１端面１６１ａから射出される。波長変換部材１６から射出された合成光ＫＷは、角度変換素子５４とコリメーターレンズ５９とによって平行化された後、光源装置２から射出される。光源装置２から射出された合成光ＫＷ（照明光ＷＬ）は、図１に示すように、インテグレーター光学系３１に向かって進む。
【００６４】
本実施形態の光源装置２においては、第１の励起光Ｅ１および第２の励起光Ｅ２を射出する励起光源部１７が波長変換部材１６の側面１６１ｃ，１６２ｃに対向して配置され、第１波長変換部１６１からの第１の蛍光ＫＢ（青色光）と第２波長変換部１６２からの第２の蛍光ＫＹ（黄色光）とが合成された状態で波長変換部材１６から射出される。これにより、白色光を射出できるコンパクトな光源装置２を実現することができる。
【００６５】
一般にＬＥＤから射出される光は、半導体レーザーから射出される光に比べて拡散角が大きい。そのため、ＬＥＤを用いた光源は、半導体レーザーを用いた光源に比べて、光源の発光面積と光源からの光の立体角との積で決まるエテンデューが大きくなる。光源装置のエテンデューの増加は、光源装置より後段の光学系で取り込むことができない光を増加させ、プロジェクターとしての光利用効率の低下を引き起こす。そのため、プロジェクター用の光源装置として用いる場合、エテンデューは極力小さいことが望ましい。
【００６６】
その観点からすると、本実施形態の場合、励起光源部１７がＬＥＤから構成されており、ＬＥＤから射出された拡散角の大きい励起光Ｅ１，Ｅ２は、面積が広い側面１６１ｃ，１６２ｃから各波長変換部１６１，１６２に入射する。一方、各波長変換部１６１，１６２の内部で生成された第１の蛍光ＫＢおよび第２の蛍光ＫＹは、側面１６１ｃ，１６２ｃに比べて面積が十分に狭い第１端面１６１ａから射出される。波長変換部材１６の実質的な発光面積は第１端面１６１ａの面積に相当するため、本実施形態の構成により、発光面積が縮小されたことと等価になる。このように、本実施形態によれば、エテンデューの小さい光源装置２を実現することができ、この光源装置２をプロジェクター１に用いることによって、光利用効率を高めることができる。
【００６７】
本実施形態の場合、第１波長変換部１６１から青色の第１の蛍光ＫＢが射出され、第２波長変換部１６２から黄色の第２の蛍光ＫＹが射出され、第１の蛍光ＫＢと第２の蛍光ＫＹとが合成されて白色光が得られるため、第１の蛍光ＫＢの光量と第２の蛍光ＫＹの光量とのバランスを調整することにより、白色光のホワイトバランスを調整することができる。具体的なホワイトバランスの調整方法としては、例えば光源装置２に第１の蛍光ＫＢおよび第２の蛍光ＫＹの各々の光量を検出するセンサーを備えておき、センサーが検出した各光量の標準値からのずれに応じて、第１励起光源部１７１や第２励起光源部１７２に供給する電力を適宜調整する構成としてもよい。
【００６８】
本実施形態の光源装置２においては、波長変換部材１６の光射出側に角度変換素子５４が設けられているため、波長変換部材１６から射出された合成光ＫＷを平行化することができる。さらに、角度変換素子５４の光射出側にコリメーターレンズ５９が設けられているため、合成光ＫＷの平行度をさらに高めることができる。これにより、光源装置２の後段の光学系における光利用効率を高めることができる。
【００６９】
本実施形態の光源装置２においては、第２波長変換部１６２の第４端面１６２ｂにミラー５５が設けられているため、第２波長変換部１６２の内部で発せられた第２の蛍光ＫＹが第４端面１６２ｂから射出されることが抑えられる。また、蛍光体の励起に使われなかった第２の励起光Ｅ２が第４端面１６２ｂから波長変換部材１６の外部に漏れることも抑えられる。これにより、第２の蛍光ＫＹや第２の励起光Ｅ２の利用効率を高めることができる。
【００７０】
本実施形態の光源装置２においては、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２との間に第１ダイクロイックミラー５６が設けられているため、第１波長変換部１６１の内部で発せられた第１の蛍光ＫＢが第２波長変換部１６２に入射し、第２波長変換部１６２の励起光として消費されることが抑えられる。これにより、第１の蛍光ＫＢの照明光としての利用効率を高めることができる。
【００７１】
本実施形態のプロジェクター１は、上述した光源装置２を備えているため、小型化が図れるとともに、光利用効率に優れる。
【００７２】
［変形例］
本実施形態の光源装置２において、各波長変換部の側面にダイクロイックミラーが設けられていてもよい。
【００７３】
図３は、第１実施形態の変形例の光源装置４２の概略構成図である。
図３において、図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図３に示すように、変形例の光源装置４２は、第２ダイクロイックミラー５７と、第３ダイクロイックミラー５８と、をさらに備えている。
【００７４】
第２ダイクロイックミラー５７は、第１波長変換部１６１の４つの側面１６１ｃに設けられている。第２ダイクロイックミラー５７は、第１励起光源部１７１から射出された第１の励起光Ｅ１を透過させるとともに、第１波長変換部１６１の内部で生成された第１の蛍光ＫＢを少なくとも反射させる。第２ダイクロイックミラー５７は、第１の励起光Ｅ１を透過させるとともに、第１の蛍光ＫＢに加えて、第２波長変換部１６２の内部で生成された第２の蛍光ＫＹも反射させることが望ましい。第２ダイクロイックミラー５７は、第１波長変換部１６１の各側面１６１ｃに形成された誘電体多層膜から構成されている。
【００７５】
第３ダイクロイックミラー５８は、第２波長変換部１６２の４つの側面１６２ｃに設けられている。第３ダイクロイックミラー５８は、第２励起光源部１７２から射出された第２の励起光Ｅ２を透過させるとともに、第２波長変換部１６２の内部で生成された第２の蛍光ＫＹを少なくとも反射させる。第３ダイクロイックミラー５８は、第２波長変換部１６２の各側面１６２ｃに形成された誘電体多層膜から構成されている。
【００７６】
本実施形態の光源装置２においては、第１波長変換部１６１の側面１６１ｃに第２ダイクロイックミラー５７が設けられているため、第１波長変換部１６１の内部で発せられた第１の蛍光ＫＢが側面１６１ｃから射出されることが抑えられる。また、第２波長変換部１６２の側面５０ｃに第３ダイクロイックミラー５８が設けられているため、第２波長変換部１６２の内部で発せられた第２の蛍光ＫＹが側面１６２ｃから射出されることが抑えられる。これにより、第１の蛍光ＫＢおよび第２の蛍光ＫＹの利用効率を高めることができる。
【００７７】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
第２実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、第１ダイクロイックミラーが設けられていない点で第１実施形態と異なる。そのため、光源装置の全体構成の説明は省略する。
図４は、第２実施形態の光源装置２２の概略構成図である。
図４において、図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７８】
図４に示すように、光源装置２２は、波長変換部材１６と、励起光源部１７と、角度変換素子５４と、ミラー５５と、第２ダイクロイックミラー５７と、第３ダイクロイックミラー５８と、コリメーターレンズ５９と、を備えている。すなわち、第２実施形態の光源装置２２は、第１実施形態の光源装置２と異なり、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２とが直接接触しており、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２との間に第１ダイクロイックミラー５６が設けられていない。
【００７９】
第１実施形態においては、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２との間に第１ダイクロイックミラー５６が介在しており、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２と別体の部材であった。これに対し、第２実施形態においては、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２と一体の部材で構成されている。具体的には、バインダーの内部に第１の蛍光を射出する蛍光体粒子が導入された領域と第２の蛍光を射出する蛍光体粒子が導入された領域とが設けられたことにより、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２とが作り分けられた構成である。すなわち、第２実施形態の波長変換部材１６は、母材と、第１波長変換部１６１において母材に含有されて第１の蛍光ＫＢを射出する第１蛍光体と、第２波長変換部１６２において母材に含有されて第２の蛍光ＫＹを射出する第２蛍光体と、を有する。光源装置２２のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８０】
第２実施形態の光源装置２２における光の振る舞いについても、第１実施形態の光源装置２と略同様である。ただし、第２実施形態の光源装置２２の場合、第１波長変換部１６１と第２波長変換部１６２との間に第１ダイクロイックミラー５６が設けられていないため、第１波長変換部１６１の内部で発せられた第１の蛍光ＫＢが第２波長変換部１６２に入射し、第２波長変換部１６２の励起光として機能する。図３に示すように、第１波長変換部１６１から発せられた第１の蛍光ＫＢが第２波長変換部１６２に入射すると、第２波長変換部１６２に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点Ｐ３から第２の蛍光ＫＹが発せられる。
【００８１】
したがって、第２実施形態の光源装置２２において、第１実施形態と同等のホワイトバランスを確保するためには、第１の蛍光ＫＢが第２波長変換部１６２の励起光として消費される分を見越して、第１の蛍光ＫＢの光量が第１実施形態の光源装置における第１の蛍光ＫＢの光量に比べて多くなるように、各励起光源部１７１，１７２への投入電力、あるいは各波長変換部１６１，１６２の長さ等が設定されることが望ましい。
【００８２】
第２実施形態においても、白色光を射出するコンパクトな光源装置２２を実現できる、エテンデューが小さい光源装置２２を実現できる、等の第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８３】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
第１実施形態では液晶プロジェクターの例を挙げたが、第３実施形態では、マイクロミラー型の光変調装置を備えたプロジェクターの一例を挙げて説明する。
図５は、第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【００８４】
図５に示すように、第３実施形態のプロジェクター１０は、照明装置１１と、導光光学系１２と、マイクロミラー型の光変調装置１３と、投射光学装置１４と、を備えている。照明装置１１は、光源装置２と、カラーホイール２３と、ピックアップ光学系２１と、を備えている。
【００８５】
第３実施形態では、光源装置として、第１実施形態の光源装置２が用いられている。したがって、第３実施形態では、光源装置２の説明を省略する。ただし、光源装置２として、第２実施形態の光源装置２２が用いられてもよい。
【００８６】
カラーホイール２３は、回転可能な基板上に回転軸の周方向に沿って赤色、緑色、青色の３色のカラーフィルターが設けられた構成を有する。光源装置２から射出された合成光ＫＷが高速回転するカラーホイール２３を通過することにより、赤色光、緑色光および青色光がカラーホイール２３から時分割で射出される。
【００８７】
本実施形態の場合、光源装置２の構成は第１実施形態と同様であっても、第１励起光源部１７１と第２励起光源部１７２とを時分割で交互に点灯させ、第２励起光源部１７２が点灯した際に光源装置２から射出される黄色光をカラーホイール２３によって赤色光と緑色光とに時間的に分割し、第１励起光源部１７１が点灯した際に光源装置２から射出される青色光を赤色光や緑色光とは異なる期間に射出する形態により、赤色光、緑色光および青色光を時分割に生成してもよい。
【００８８】
あるいは、第１励起光源部１７１と第２励起光源部１７２とを同時に点灯させ、光源装置２から射出される白色光をカラーホイール２３によって時間的に分割する形態により、赤色光、緑色光および青色光を時分割に生成してもよい。
【００８９】
ピックアップ光学系２１は、第１凸レンズ２１１と、第２凸レンズ２１２と、から構成されている。カラーホイールから射出された赤色光、緑色光、および青色光は、ピックアップ光学系２１によって導光光学系１２に伝達される。
【００９０】
導光光学系１２は、反射ミラーから構成されている。導光光学系１２は、光源装置２から射出された赤色光、緑色光、および青色光を反射させ、光変調装置１３に時分割で入射させる。
【００９１】
マイクロミラー型の光変調装置１３として、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が用いられる。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーがマトリクス状に配列された構成を有する。ＤＭＤは、複数のマイクロミラーの傾斜方向を切り換えることにより、入射光の反射方向を、投射光学装置１４に入射する方向と投射光学装置１４に入射しない方向との間で高速に切り替える。このように、光変調装置１３は、光源装置２から射出された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢを順次変調し、緑色画像、赤色画像、および青色画像を生成する。
【００９２】
投射光学装置１４は、緑色画像、赤色画像、および青色画像をスクリーンに投射する。投射光学装置１４は、例えば複数の投射レンズにより構成されている。
【００９３】
本実施形態のプロジェクター１０は、第１実施形態の光源装置２を備えているため、小型化が図れるとともに、光利用効率に優れる。
【００９４】
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。
例えば上記実施形態では、第２波長変換部が黄色の蛍光を射出する蛍光体を含んでいる例を挙げたが、第２波長変換部が緑色の蛍光を射出する蛍光体と赤色の蛍光を射出する蛍光体とからなる２種類の蛍光体を含んでいてもよい。その場合、２種類の蛍光体は、波長変換部材の内部に均等に混在していてもよいし、領域を分けて偏在していてもよい。
【００９５】
上記実施形態では、白色光を射出する光源装置の例を挙げたが、本発明は白色以外の色光を射出する光源装置にも適用が可能である。例えば緑色の蛍光を射出する波長変換部材と赤色光を射出する第２光源部とを備え、黄色光を射出する光源装置としてもよい。その場合であっても、本発明によれば、黄色光を射出するコンパクトな光源装置を実現することができる。
【００９６】
また、光源装置を構成する各構成要素の形状、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。
【００９７】
上記第１実施形態においては、透過型の液晶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、反射型の液晶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。
【００９８】
上記第１実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。
【００９９】
上記実施形態では、本発明による照明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。本発明による照明装置は、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】
【０１００】
１…プロジェクター、２，２２，４２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ，１３…光変調装置、６，１４…投射光学装置、１６…波長変換部材、１７…励起光源部、５４…角度変換素子、５４ａ…光入射端面、５４ｂ…光射出端面、５５…ミラー、５６…第１ダイクロイックミラー、５７…第２ダイクロイックミラー、５８…第３ダイクロイックミラー、１６１…第１波長変換部、１６１ａ…第１端面、１６１ｂ…第２端面、１６１ｃ…側面（第１側面）、１６２…第２波長変換部、１６２ａ…第３端面、１６２ｂ…第４端面、１６２ｃ…側面（第２側面）、１７１…第１励起光源部、１７２…第２励起光源部、Ｅ１…第１の励起光、Ｅ２…第２の励起光、ＫＢ…第１の蛍光（第１の光）、ＫＹ…第２の蛍光（第２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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