(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、蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の励起光を第１波長帯の第１の光に変換する波長変換部材と、励起光を射出する第１光源部と、第２波長帯の第２の光を射出する第２光源部と、合成光を生成する色合成素子と、を備える。波長変換部材は、互いに平行な第１端面および第２端面と、各端面に交差する側面と、を有する。波長変換部材において、励起光は側面から入射し、第１の光は第１端面から射出される。色合成素子は、互いに平行な第１面および第２面と、各面に交差する第３面と、を有する。色合成素子において、波長変換部材から射出された第１の光は第１面から入射し、第２光源部から射出された第２の光は第３面から入射し、合成光は第２面から射出される。【選択図】図２
2020013058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の励起光を前記励起波長帯とは異なる第１波長帯の第１の光に変換する波長変換部材と、
前記励起光を射出する第１光源部と、
前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光を射出する第２光源部と、
前記第１の光と前記第２の光とを合成して合成光として射出する色合成素子と、
を備え、
前記波長変換部材は、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端面に交差する側面と、を有し、
前記波長変換部材において、前記励起光は前記側面から入射し、前記第１の光は前記第１端面から射出され、
前記色合成素子は、互いに対向する第１面および第２面と、前記第１面および前記第２面に交差する第３面と、を有し、
前記色合成素子において、前記波長変換部材から射出された前記第１の光は前記第１面から入射し、前記第２光源部から射出された前記第２の光は前記第３面から入射し、前記合成光は前記第２面から射出される、光源装置。
【請求項２】
前記第１の光は黄色光であり、前記第２の光は青色光である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長変換部材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または請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記色合成素子は、前記波長変換部材の光射出側に設けられ、
前記角度変換素子は、前記色合成素子の光射出側に設けられた、請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記色合成素子は、前記波長変換部材に固定されている、請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記角度変換素子は、前記波長変換部材の光射出側に設けられ、
前記色合成素子は、前記角度変換素子の光射出側に設けられた、請求項３に記載の光源装置。
【請求項７】
前記色合成素子は、前記角度変換素子に固定されている、請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記色合成素子は、前記第２面における拡散角を前記第１面における拡散角よりも小さくする角度変換機能を有する、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【請求項９】
前記波長変換部材の前記第２端面に設けられ、前記第１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８までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記波長変換部材の前記第１端面と前記色合成素子の前記第１面との間に設けられ、前記第１の光を透過させるとともに前記励起光を反射させる第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９までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換部材の前記側面に設けられ、前記励起光を透過させるとともに前記第１の光を反射させる第２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１０までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１端面の法線方向における前記波長変換部材の寸法は、前記側面の法線方向における前記波長変換部材の寸法よりも長い、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】
前記第１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】
前記第１光源部は、前記波長変換部材の前記側面に対向する位置に設けられている、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第２光源部は、半導体レーザーと、拡散板と、集光レンズと、を有する、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５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、蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の励起光を前記励起波長帯とは異なる第１波長帯の第１の光に変換する波長変換部材と、前記励起光を射出する第１光源部と、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の第２の光を射出する第２光源部と、前記第１の光と前記第２の光とを合成して合成光として射出する色合成素子と、を備える。前記波長変換部材は、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端面に交差する側面と、を有する。前記波長変換部材において、前記励起光は前記側面から入射し、前記第１の光は前記第１端面から射出される。前記色合成素子は、互いに対向する第１面および第２面と、前記第１面および前記第２面に交差する第３面と、を有する。前記色合成素子において、前記波長変換部材から射出された前記第１の光は前記第１面から入射し、前記第２光源部から射出された前記第２の光は前記第３面から入射し、前記合成光は前記第２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の光は黄色光であり、前記第２の光は青色光であってもよい。
【０００７】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記波長変換部材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。
【０００８】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記色合成素子は、前記波長変換部材の光射出側に設けられ、前記角度変換素子は、前記色合成素子の光射出側に設けられていてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記色合成素子は、前記波長変換部材に固定されていてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記角度変換素子は、前記波長変換部材の光射出側に設けられ、前記色合成素子は、前記角度変換素子の光射出側に設けられていてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記色合成素子は、前記角度変換素子に固定されていてもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記色合成素子は、前記第２面における拡散角を前記第１面における拡散角よりも小さくする角度変換機能を有していてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記波長変換部材の前記第２端面に設けられ、前記第１の光を反射させるミラー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は、前記波長変換部材の前記側面に設けられ、前記励起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。
【００１５】
本発明の一つの態様の光源装置は、前記波長変換部材の前記第１端面と前記色合成素子の前記第１面との間に設けられ、前記第１の光を透過させるとともに前記励起光を反射させる第２ダイクロイックミラーをさらに備えていてもよい。
【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波長変換部材の寸法は、前記側面の法線方向における前記波長変換部材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、前記第１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光源装置において、前記第１光源部は、前記波長変換部材の前記側面に対向する位置に設けられていてもよい。
【００１９】
本発明の一つの態様の光源装置において、前記第２光源部は、半導体レーザーと、拡散板と、集光レンズと、を有していてもよい。
【００２０】
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】
【００２１】
【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実施形態の光源装置の概略構成図である。
【図６】第４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】
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図２に示すように、光源装置２は、波長変換部材５０と、第１光源部５１と、色合成素子５３と、第２光源部５２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５７と、コリメーターレンズ５８と、を備えている。
【００３８】
波長変換部材５０は、四角柱状の形状を有し、互いに対向する第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂと、第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂに交差する４つの側面５０ｃと、を有する。波長変換部材５０は、蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の励起光Ｅを、励起波長帯とは異なる第１波長帯の蛍光Ｙ（第１の光）に変換する。波長変換部材５０において、励起光Ｅは側面５０ｃから入射し、蛍光Ｙは第１端面５０ａから射出される。
【００３９】
第１端面５０ａの法線方向における波長変換部材５０の長さＡは、側面５０ｃの法線方向における波長変換部材５０の長さＢよりも長い。例えば長さＡは、長さＢの１０倍〜数１０倍程度である。なお、波長変換部材５０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、波長変換部材５０は、円柱状であってもよい。波長変換部材５０が円柱状である場合、波長変換部材５０は、互いに平行な第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂと、第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂに直交する１つの側面５０ｃと、を有する。
【００４０】
波長変換部材５０は、励起光Ｅを第１波長帯の蛍光Ｙに波長変換するセラミック蛍光体（多結晶蛍光体）を含んでいる。第１波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色の波長域である。すなわち、蛍光Ｙは、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光である。波長変換部材５０は、多結晶蛍光体に代えて、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。もしくは、波長変換部材５０は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、波長変換部材５０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。このような材料からなる波長変換部材５０は、励起光Ｅを第１波長帯の蛍光Ｙに変換する。
【００４１】
具体的には、波長変換部材５０の材料は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。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、波長変換部材５０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。
【００４２】
第１光源部５１は、青色の励起光Ｅを射出するＬＥＤを有する。第１光源部５１は、波長変換部材５０の側面５０ｃに対向して設けられ、側面５０ｃに向けて励起光Ｅを射出する。励起波長帯は、例えば４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の波長域であり、ピーク波長は例えば４４５ｎｍである。すなわち、励起光Ｅは青色光である。第１光源部５１は、波長変換部材５０の４つの側面５０ｃのうち、一部の側面５０ｃに対向して設けられていてもよいし、全ての側面５０ｃに対向して設けられていてもよい。
【００４３】
第１光源部５１は、青色の励起光Ｅ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備えていてもよい。ＬＥＤの個数は、特に限定されない。
【００４４】
色合成素子５３は、波長変換部材５０の第１端面５０ａの光射出側に設けられている。色合成素子５３は、ダイクロイックミラー５３ｍが内部に設けられたダイクロイックプリズムから構成されている。色合成素子５３は、直方体状の形状を有し、互いに平行な第１面５３ａおよび第２面５３ｂと、第１面５３ａおよび第２面５３ｂに直交する第３面５３ｃと、を有する。ダイクロイックミラー５３ｍは、波長変換部材５０から射出された蛍光Ｙを透過し、後述する第２光源部５２から射出された青色光Ｂを反射する特性を有する。これにより、色合成素子５３は、蛍光Ｙと青色光Ｂとが合成された白色の合成光Ｗを生成する。
【００４５】
色合成素子５３は、第１面５３ａが第１端面５０ａ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５０に固定されている。すなわち、色合成素子５３と波長変換部材５０とは光学接着剤を介して接触しており、色合成素子５３と波長変換部材５０との間に空隙（空気層）は存在しない。仮に色合成素子５３と波長変換部材５０との間に空隙が設けられていた場合、波長変換部材５０の第１端面５０ａに到達した蛍光Ｙのうち、臨界角以上の角度で入射した蛍光Ｙは、第１端面５０ａで全反射し、色合成素子５３に入射しなくなってしまう。これに対し、色合成素子５３と波長変換部材５０との間に空隙が設けられていない場合、色合成素子５３に入射しない蛍光Ｙを減らすことができる。この観点から、色合成素子５３の屈折率と波長変換部材５０の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。
【００４６】
波長変換部材５０から射出された蛍光Ｙは、色合成素子５３に対して第１面５３ａから入射する。また、第２光源部５２から射出された青色光Ｂは、色合成素子５３に対して第３面５３ｃから入射する。そして、色合成素子５３において蛍光Ｙと青色光Ｂとが合成され、合成によって生じる合成光Ｗは、第２面５３ｂから射出される。
【００４７】
なお、色合成素子５３は、必ずしも光学接着剤によって波長変換部材５０に固定されていなくてもよい。色合成素子５３は、例えば任意の支持部材によって波長変換部材５０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、色合成素子５３と波長変換部材５０との間に空隙が設けられていないことが望ましい。
【００４８】
第２光源部５２は、複数の半導体レーザー６３を含む半導体レーザーアレイ６０と、拡散板６１と、集光レンズ６２と、を有する。波長変換部材５０の第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂの中心を通る中心軸を波長変換部材５０の光軸Ｊ１と定義したとき、波長変換部材５０の光軸Ｊ１と直交し、色合成素子５３の中心を通る軸を第２光源部５２の光軸Ｊ２と定義する。半導体レーザーアレイ６０、拡散板６１および集光レンズ６２は、光軸Ｊ２上において色合成素子５３に遠い側から近い側に向けてこの順に配置されている。
【００４９】
半導体レーザーアレイ６０は、第２光源部５２の光軸Ｊ２の方向から見て、複数の半導体レーザー６３がアレイ状に配列された構成を有する。複数の半導体レーザー６３のそれぞれは、蛍光Ｙの第１波長帯とは異なる第２波長帯の青色光Ｂ（第２の光）を拡散板６１に向けて射出する。第２波長帯は、例えば４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の波長帯である。なお、第２光源部５２は、半導体レーザーアレイ６０に代えて、１個の半導体レーザー６３を有していてもよい。
【００５０】
拡散板６１は、半導体レーザーアレイ６０の光射出側に設けられている。拡散板６１は、半導体レーザーアレイ６０から射出された青色光Ｂを拡散させる。拡散板６１は、例えばマイクロレンズアレイ、ホログラフィックディフューザー、表面に凹凸が設けられた磨りガラス、２枚のマイクロレンズアレイからなるフライアイレンズ等から構成されている。拡散板６１を透過した後の青色光Ｂの拡散角度分布は、拡散板６１を透過する前の青色光Ｂの拡散角度分布よりも広くなる。これにより、青色光Ｂの拡散角度を蛍光Ｙの拡散角度と同等に広げることができる。その結果、青色光Ｂの拡散角度と蛍光Ｙの拡散角度とが異なることに起因する合成光Ｗの色ムラを抑制することができる。
【００５１】
集光レンズ６２は、拡散板６１の光射出側に設けられている。集光レンズ６２は、拡散板６１から射出された青色光Ｂを色合成素子５３に向けて集光する。集光レンズ６２は、凸レンズで構成されている。
【００５２】
角度変換素子５４は、色合成素子５３の第２面５３ｂの光射出側に設けられている。角度変換素子５４は、合成光Ｗが入射する光入射端面５４ａと、合成光Ｗ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Ｗ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Ｗの拡散角を光入射端面５４ａにおける合成光Ｗの拡散角よりも小さくする。
【００５３】
角度変換素子５４は、光入射端面５４ａが色合成素子５３の第２面５３ｂに対向するように光学接着剤（図示略）によって色合成素子５３に固定されている。すなわち、角度変換素子５４と色合成素子５３とは光学接着剤を介して接触しており、角度変換素子５４と色合成素子５３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色合成素子５３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と色合成素子５３との間に空隙が設けられていないことが望ましい。この場合も、上述した波長変換部材５０と色合成素子５３との関係と同様、角度変換素子５４の屈折率と色合成素子５３の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。
【００５４】
なお、角度変換素子５４として、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。
【００５５】
ミラー５５は、波長変換部材５０の第２端面５０ｂに設けられている。ミラー５５は、波長変換部材５０の内部を導光し、第２端面５０ｂに到達した蛍光Ｙを反射させる。ミラー５５は、波長変換部材５０の第２端面５０ｂ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。
【００５６】
第１ダイクロイックミラー５７は、波長変換部材５０の第１端面５０ａと色合成素子５３の第１面５３ａとの間に設けられている。第１ダイクロイックミラー５７は、波長変換部材５０の内部で生成された蛍光Ｙを透過させるとともに、第１光源部５１から射出された励起光Ｅを反射させる。第１ダイクロイックミラー５７は、波長変換部材５０の第１端面５０ａもしくは色合成素子５３の第１面５３ａに形成された誘電体多層膜から構成されている。
【００５７】
コリメーターレンズ５８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５８は、角度変換素子５４から射出された合成光Ｗ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Ｗの平行度は、コリメーターレンズ５８によってさらに高められる。コリメーターレンズ５８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５８は設けられていなくてもよい。
【００５８】
上記構成の光源装置２において、第１光源部５１から射出された励起光Ｅが波長変換部材５０に入射すると、波長変換部材５０に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点Ｐから蛍光Ｙが発せられる。蛍光Ｙは任意の発光点Ｐから全ての方向に向かって進むが、側面５０ｃに向かった蛍光Ｙは、側面５０ｃで全反射し、全反射を繰り返しつつ第１端面５０ａもしくは第２端面５０ｂに向かって進む。第１端面５０ａに向かった蛍光Ｙは、第１ダイクロイックミラー５７を透過し、色合成素子５３に入射する。一方、第２端面５０ｂに向かった蛍光Ｙは、ミラー５５で反射され、第１端面５０ａに向かって進む。
【００５９】
波長変換部材５０に入射した励起光Ｅのうち、蛍光体の励起に使われなかった励起光Ｅは、第１端面５０ａに設けられた第１ダイクロイックミラー５７、および第２端面５０ｂに設けられたミラー５５で反射されるため、波長変換部材５０の内部に閉じ込められて再利用される。
【００６０】
第１面５３ａから色合成素子５３に入射した蛍光Ｙは、ダイクロイックミラー５３ｍを透過する。一方、第３面５３ｃから色合成素子５３に入射した青色光Ｂは、ダイクロイックミラー５３ｍで反射する。その結果、黄色の蛍光Ｙと青色光Ｂとが合成された白色の合成光Ｗが色合成素子５３の第２面５３ｂから射出される。色合成素子５３から射出された合成光Ｗは、角度変換素子５４とコリメーターレンズ５８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Ｗ（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。
【００６１】
本実施形態の光源装置２においては、励起光Ｅを射出する第１光源部５１が波長変換部材５０の側面５０ｃに対向して配置され、第２光源部５２からの青色光Ｂと波長変換部材５０からの蛍光Ｙとを合成する色合成素子５３が波長変換部材５０に接合されて一体化されているため、白色光を得られる光源装置２をコンパクトな構成で実現することができる。
【００６２】
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。
【００６３】
その観点からすると、本実施形態の場合、第１光源部５１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Ｅは、面積が広い側面５０ｃから波長変換部材５０に入射する。一方、波長変換部材５０の内部で生成された蛍光Ｙは、側面５０ｃに比べて面積が十分に狭い第１端面５０ａから射出される。波長変換部材５０の実質的な発光面積は第１端面５０ａ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。
【００６４】
本実施形態の場合、波長変換部材５０から黄色の蛍光Ｙが射出され、第２光源部５２から青色光Ｂが射出され、蛍光Ｙと青色光Ｂとが合成されて白色光が得られるため、蛍光Ｙの光量と青色光Ｂ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、例えば光源装置２に蛍光量および青色光量の各々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光源部５１や第２光源部５２に供給する電力を適宜調整する構成としてもよい。
【００６５】
本実施形態の光源装置２においては、色合成素子５３の光射出側に角度変換素子５４が設けられているため、色合成素子５３から射出された合成光Ｗ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５８が設けられているため、合成光Ｗ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。また、蛍光Ｙの進行方向に沿って、波長変換部材５０、色合成素子５３、および角度変換素子５４がこの順に配置されたことによって、例えば第２光源部５２等の構成要素を光源装置２の中央寄りに配置することができ、コンパクトな構成を実現することができる。
【００６６】
本実施形態の光源装置２においては、波長変換部材５０の第２端面５０ｂにミラー５５が設けられているため、波長変換部材５０の内部で発せられた蛍光Ｙが第２端面５０ｂ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励起光Ｅが第２端面５０ｂから波長変換部材５０の外部に漏れることも抑えられる。これにより、蛍光Ｙや励起光Ｅの利用効率を高めることができる。
【００６７】
本実施形態の光源装置２においては、波長変換部材５０と色合成素子５３との間に第１ダイクロイックミラー５７が設けられているため、波長変換部材５０の内部に入射した励起光Ｅが第１端面５０ａから漏れることが抑えられる。これにより、励起光Ｅの利用効率を高めることができる。
【００６８】
本実施形態においては、第２光源部５２が半導体レーザーアレイ６０と拡散板６１と集光レンズ６２とを備えているため、コンパクトでありながらも青色光Ｂを蛍光Ｙと合成した際の白色の合成光Ｗの色ムラが少ない光源装置２を実現することができる。
【００６９】
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。
【００７０】
［変形例］
本実施形態の光源装置において、波長変換部材５０の側面５０ｃにダイクロイックミラーが設けられていてもよい。
【００７１】
図３は、第１実施形態の変形例の光源装置２２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２２は、波長変換部材５０の側面５０ｃに設けられた第２ダイクロイックミラー５６をさらに備えている。第２ダイクロイックミラー５６は、波長変換部材５０の４つの側面５０ｃに設けられている。第２ダイクロイックミラー５６は、第１光源部５１から射出された励起光Ｅを透過させるとともに、波長変換部材５０の内部で生成された蛍光Ｙを反射させる。第２ダイクロイックミラー５６は、波長変換部材５０の各側面５０ｃに形成された誘電体多層膜から構成されている。
【００７２】
本実施形態の光源装置２においては、波長変換部材５０の側面５０ｃに第２ダイクロイックミラー５６が設けられているため、励起光Ｅが支障なく入射するとともに、波長変換部材５０の内部で発せられた蛍光Ｙが側面５０ｃから射出されることが抑えられる。これにより、波長変換効率を高めることができる。
【００７３】
［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、色合成素子と角度変換素子との位置関係が第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７２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。
【００７４】
図４に示すように、光源装置７２は、波長変換部材５０と、第１光源部５１と、角度変換素子７３と、色合成素子７４と、第２光源部５２と、ミラー５５と、第１ダイクロイックミラー５７と、コリメーターレンズ５８と、を備えている。
【００７５】
第２実施形態の光源装置７２において、角度変換素子７３は、光入射端面７３ａと、光射出端面７３ｂと、側面７３ｃと、を有する。角度変換素子７３は、光入射端面７３ａが波長変換部材５０の第１端面５０ａ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５０に固定されている。すなわち、角度変換素子７３は、波長変換部材５０の光射出側に設けられている。
【００７６】
色合成素子７４は、互いに平行な第１面７４ａおよび第２面７４ｂと、第１面７４ａおよび第２面７４ｂに直交する第３面７４ｃと、ダイクロイックミラー７４ｍと、を有する。色合成素子７４は、第１面７４ａが角度変換素子７３の光射出端面７３ｂに対向するように光学接着剤（図示略）によって角度変換素子７３に固定されている。すなわち、色合成素子７４は、角度変換素子７３の光射出側に設けられている。コリメーターレンズ５８は、色合成素子７４の光射出側に設けられている。光源装置７２のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７７】
第２実施形態においても、白色光を得られる光源装置７２をコンパクトな構成で実現できる、エテンデューが小さい光源装置７２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。
【００７８】
第２実施形態の光源装置７２においては、色合成素子７４の前段に角度変換素子７３が設けられているため、波長変換部材５０から射出された蛍光Ｙは、角度変換素子７３によって平行化され、コリメーターレンズ５８によってさらに平行化される。また、第２光源部５２から射出された青色光Ｂは、角度変換素子７３によって平行化されることなく、コリメーターレンズ５８によって平行化される。第２実施形態は、この点において第１実施形態と異なる。色合成素子７４は、角度変換素子７３の後段に設けられているため、第１実施形態の色合成素子５３に比べて大きくなるが、色合成素子７４の製造が容易になる。
【００７９】
［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３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、色合成素子の構成が第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５は、第３実施形態の光源装置８２の概略構成図である。
図５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。
【００８０】
図５に示すように、第３実施形態の光源装置８２は、波長変換部材５０と、第１光源部５１と、色合成素子８３と、第２光源部５２と、ミラー５５と、第１ダイクロイックミラー５７と、コリメーターレンズ５８と、を備えている。
【００８１】
色合成素子８３は、波長変換部材５０の第１端面５０ａの光射出側に設けられている。色合成素子８３は、第１面８３ａが第１端面５０ａ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５０に固定されている。すなわち、色合成素子８３と波長変換部材５０とは光学接着剤を介して接触しており、色合成素子８３と波長変換部材５０との間に空隙（空気層）は設けられていない。色合成素子８３は、ダイクロイックミラー８３ｍが内部に設けられたダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックミラー８３ｍは、波長変換部材５０から射出された蛍光Ｙを透過し、第２光源部５２から射出された青色光Ｂを反射する特性を有する。これにより、色合成素子８３は、蛍光Ｙと青色光Ｂとが合成された白色の合成光Ｗを生成する。
【００８２】
色合成素子８３は、四角錐台状の形状を有し、互いに平行な第１面８３ａおよび第２面８３ｂと、第１面８３ａおよび第２面８３ｂに交差する第３面８３ｃと、を有する。合成光Ｗの光射出端面となる第２面８３ｂの面積は、蛍光Ｙの光入射端面となる第１面８３ａの面積よりも大きい。これにより、蛍光Ｙは、色合成素子８３の内部を第２面８３ｂに向けて進行する間に第３面８３ｃで全反射する毎に光軸Ｊ１に平行な方向に角度を変える。すなわち、色合成素子８３は、第２面８３ｂにおける蛍光Ｙの拡散角を第１面８３ａにおける蛍光Ｙの拡散角よりも小さくする角度変換機能を有する。換言すると、本実施形態の色合成素子８３は、角度変換素子を兼ねている。
【００８３】
一方、青色光Ｂは、色合成素子８３のダイクロイックミラー８３ｍで反射された後、色合成素子８３の第３面８３ｃに当たらずに射出されるように、第２光源部５２の光軸Ｊ２を傾斜させている。これにより、ダイクロイックミラー８３ｍで反射した青色光Ｂと蛍光Ｙとは、同一の方向に進むように合成される。
【００８４】
テーパーロッド状の色合成素子８３を光軸Ｊ１の方向に図４よりも長くし、かつ、ダイクロイックミラー８３ｍを色合成素子８３の第１面８３ａ側の一部だけに形成してもよい。その場合、ダイクロイックミラー８３ｍで反射した光は、色合成素子８３の内部で全反射しつつ第２面８３ｂに向かって進み、光軸Ｊ１に平行な方向に角度を変える。
光源装置８２のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８５】
第３実施形態においても、白色光を得られる光源装置８２をコンパクトな構成で実現できる、エテンデューが小さい光源装置８２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。
【００８６】
特に第３実施形態の場合、色合成素子８３が角度変換素子を兼ねるため、部品点数を削減できるとともに、光源装置８２の更なる小型化が図れる。
【００８７】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図６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４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。
【００８８】
図６に示すように、第４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。
【００８９】
第４実施形態では、光源装置２として、第１実施形態の光源装置２が用いられている。ただし、光源装置２として、第２実施形態の光源装置７２もしくは第３実施形態の光源装置８２が用いられてもよい。したがって、第４実施形態では、光源装置２の説明を省略する。
【００９０】
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Ｗ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。
【００９１】
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光源部５１と第２光源部５２とを時分割で交互に点灯させ、第１光源部５１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２光源部５２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。
【００９２】
あるいは、第１光源部５１と第２光源部５２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。
【００９３】
前者の方法を採用した場合、光源装置２の色合成素子５３に対して黄色光と青色光とが同時に入射しないことになる。この場合であっても、色合成素子５３は、人間の眼で認識できない速度で切り替わる黄色光と青色光とを同じ方向に射出するため、黄色光と青色光とを合成する素子として機能する。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、波長変換部材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、波長変換部材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。
【０１００】
上記実施形態では、第１光源部から射出される励起光が青色光である例を挙げたが、励起光は紫外光であってもよい。また、第１光源部がＬＥＤで構成されている例を挙げたが、第１光源部が半導体レーザーで構成されていてもよい。逆に、第２光源部が半導体レーザーで構成されている例を挙げたが、第２光源部がＬＥＤで構成されていてもよい。
【０１０１】
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、黄色光を射出する光源装置としてコンパクトな構成を実現することができる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
上記実施形態において、色合成素子としてダイクロイックプリズムを適用する実施形態を提示したが、色合成を行うことが可能な他の光学部材も適用可能である。例えば内部に光散乱構造を持つ散乱体も、色合成素子として適用可能である。散乱体の例としては、散乱粒子を包含するガラスや、異方性散乱層を含む光学部材などが挙げられる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
１…プロジェクター、２，２２，７２，８２…光源装置、５０…波長変換部材、５０ａ…第１端面、５０ｂ…第２端面、５０ｃ…側面、５１…第１光源部、５２…第２光源部、５３，７４，８３…色合成素子、５３ａ，７４ａ，８３ａ…第１面、５３ｂ，７４ｂ，８３ｂ…第２面、５３ｃ，７４ｃ，８３ｃ…第３面、５４，７３…角度変換素子、５４ａ，７３ａ…光入射端面、５４ｂ，７３ｂ…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、６１…拡散板、６２…集光レンズ、６３…半導体レーザー、Ｅ…励起光、Ｙ…蛍光（第１の光）、Ｂ…青色光（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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【図６】
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