(57)【要約】      （修正有）【課題】、装置の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能な光源装置及び画像表示装置を提供すること。【解決手段】光源装置は、１以上の固体光源と、第１の光学系１１と、出射部と、第２の光学系１２とを具備する。前記１以上の固体光源は、所定波長域の光を出射する。前記第１の光学系１１は、前記１以上の固体光源からの光束を略平行光束にする少なくとも１つの非球面を有する。前記出射部は、前記１以上の固体光源からの光により励起されて前記光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体を有し、前記所定波長域の光と前記１以上の発光体からの可視光とを含む光を出射光として出射可能である。前記第２の光学系１２は、少なくとも１つの凹面反射面２１を有し、前記第１の光学系１１により前記略平行光束にされた前記１以上の固体光源からの光を前記凹面反射面２１により反射することで、前記出射部が有する前記１以上の発光体に集光する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長域の光を出射する１以上の固体光源と、
前記１以上の固体光源からの光束を略平行光束にする少なくとも１つの非球面を有する第１の光学系と、
前記１以上の固体光源からの光により励起されて前記光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体を有し、前記所定波長域の光と前記１以上の発光体からの可視光とを含む光を出射光として出射可能な出射部と、
少なくとも１つの凹面反射面を有し、前記第１の光学系により前記略平行光束にされた前記１以上の固体光源からの光を前記凹面反射面により反射することで、前記出射部が有する前記１以上の発光体に集光する第２の光学系と
を具備する光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記第１及び前記第２の光学系は、以下の式を満たす焦点距離をそれぞれ有する
光源装置。
１＜ｆ２／ｆ１＜８０
ｆ１：第１の光学系の焦点距離
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
【請求項３】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記少なくとも１つの凹面反射面は、以下の式を満たす回転対称非球面である
光源装置。
−１．５＜Ｋｍ＜−０．５
Ｋｍ：凹面反射面のコーニック定数
【請求項４】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記少なくとも１つの凹面反射面は、回転対称軸を有さない自由曲面である
光源装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記第２の光学系は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ導く光学部材を有する
光学装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光学装置であって、
前記光学部材は、以下の式を満たす焦点距離を有する
光源装置。
−２００＜ｆ２／ｆｍ＜２００
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
【請求項７】
請求項５に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、レンズであり、以下の式を満たす焦点距離を有する
光学部材。
−１００＜ｆＭ／ｆｍ＜１００
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：レンズの焦点距離
【請求項８】
請求項５に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、前記第１の光学系が有する凹面反射面を第１の凹面反射面として、前記第１の凹面反射面とは異なる第２の凹面反射面を有し、以下の式を満たす焦点距離を有する
光学部材。
０．５＜ｆＭ／ｆｍ＜５０
ｆＭ：第１の凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
【請求項９】
請求項５に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、凸面反射面を有し、以下の式を満たす焦点距離を有する
光学部材。
−５０＜ｆＭ／ｆｍ＜−０．５
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
【請求項１０】
請求項５に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ反射する平面反射面を有する
光学装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光源装置であって、
前記平面反射面は、前記発光体が配置される配置面に平行な状態を０°として、その状態から所定の回転軸を中心に前記凹面反射面に向かう回転方向を正として、以下の式を満たす回転角度で配置される
光源装置。
０°＜Ａｍ＜６０°
Ａｍ：平面反射面の回転角度
【請求項１２】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記第１及び前記第２の光学系を１つの組とした集光光学系が、前記発光体の位置を基準とした所定の基準軸を対称として複数配置される
光源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光源装置であって、
前記第２の光学系は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ導く光学部材を有し、
前記光源装置は、さらに、前記集光光学系ごとに含まれる前記光学部材の配置を調整する調整機構を
具備する光源装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光源装置であって、
前記出射部は、前記発光体が配置される配置面を含み前記配置面に垂直な方向に延びる所定の回転軸を中心に回転する回転ホイールを有し、
前記第２の光学系は、前記回転ホイールの配置面に配置された前記発光体上の、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の位置に、前記第１の光学系からの光を集光させる
光学装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の光源装置であって、さらに、
前記出射部から出射された前記出射光の光束を略平行光束にすることが可能であり、焦点距離が可変である第３の光学系を
具備する光源装置。
【請求項１６】
所定波長域の光を出射する１以上の固体光源と、
前記１以上の固体光源からの光束を略平行光束にする少なくとも１つの非球面を有する第１の光学系と、
前記１以上の固体光源からの光により励起されて前記光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体を有し、前記所定波長域の光と前記１以上の発光体からの可視光とを含む光を出射光として出射可能な出射部と、
少なくとも１つの凹面反射面を有し、前記第１の光学系により前記略平行光束にされた前記１以上の固体光源からの光を前記凹面反射面により反射することで、前記出射部が有する前記１以上の発光体に集光する第２の光学系と
を有する光源装置と、
照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子と、前記画像生成素子に前記光源装置からの出射光を照射する照明光学系とを有する画像生成システムと、
前記画像生成素子により生成された画像を投射する投射システムと
を具備する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、光源装置及びこの光源装置を利用する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、プレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用プロジェクタに用いられる光源に、従来の水銀ランプ又はキセノンランプ等ではなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）といった固体光源を採用する製品が増えてきている。ＬＥＤ等の固定光源は寿命が長く従来のようなランプ交換が不要であり、また電源を入れて即時に点灯するといった利点を有する。
【０００３】
このようなプロジェクタとして、ＬＥＤ等の固体光源が直接光源として用いられるタイプがある。一方で、励起光により励起されて発光する蛍光体等の発光体が光源として用いられるタイプもある。この場合、固体光源は励起光を出射する励起光源として用いられる。
【０００４】
例えば特許文献１では、コリメートされたレーザ光源を凸レンズで蛍光体上に集光する光学系が提案されている（特許文献１の段落［００１４］図１等参照）。また特許文献２では、階段状のミラーと凸レンズとを有する光学系が提案されている。この光学系では、階段状のミラーにより複数の光源からの光束同士の間隔が狭まれる。そして凸レンズにより蛍光体に光が集められる（特許文献２の段落［００５２］図１等参照）。
【０００５】
また特許文献３では、複数の光源からの光を小さいスペースで集光するために、凸レンズの代わりに集光光学系を用いる光学系が提案されている。この集光光学系は、入射面が平面であり射出面が非球面凸面である複数の小レンズが配置された小レンズ集合体からなる。集光光学系の入射面は連続面であり、集光光学系の射出面は、中心側ほど光源装置の光軸に沿って大きく後退した状態となるように段差が設けられている（特許文献３の段落［００３８］図４等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−８３０３号公報
【特許文献２】特開２０１２−３７６８１号公報
【特許文献３】特開２０１２−５８６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１−３に記載の光学系では、高輝度化のために光源の数を増やした場合に、上記した凸レンズ、階段状のミラー、及び集光光学系を大きくしなければならない。この結果、装置の大型化を招いてしまう。
【０００８】
例えば特許文献１に記載の光学系では、レーザ光源からの光束の幅が大きくなると、大型のレンズが必要となる。またレーザ光源から離れた位置にレンズを配置する必要も出てくる。この結果、光軸方向及び径方向において装置が大型化してしまう。
【０００９】
特許文献２に記載の光学系では、階段状のミラーにより凸レンズに入射する光軸同士の間隔は狭めることができる。しかしながら、ミラー自体の面積は大きくしなければならず、装置が大型化してしまう。
【００１０】
特許文献３に記載の集光光学系を用いた場合、特許文献１に記載の凸レンズよりかは小型化が可能であるかも知れない。しかしながら光源の数の増加にともない、入射面の面積が増加してしまうことは避けられず、やはり装置が大型化してしまう。
【００１１】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、装置の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能な光源装置及び画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光源装置は、１以上の固体光源と、第１の光学系と、出射部と、第２の光学系とを具備する。
前記１以上の固体光源は、所定波長域の光を出射する。
前記第１の光学系は、前記１以上の固体光源からの光束を略平行光束にする少なくとも１つの非球面を有する。
前記出射部は、前記１以上の固体光源からの光により励起されて前記光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体を有し、前記所定波長域の光と前記１以上の発光体からの可視光とを含む光を出射光として出射可能である。
前記第２の光学系は、少なくとも１つの凹面反射面を有し、前記第１の光学系により前記略平行光束にされた前記１以上の固体光源からの光を前記凹面反射面により反射することで、前記出射部が有する前記１以上の発光体に集光する。
【００１３】
この光源装置では、少なくとも１つの非球面を有する第１の光学系により１以上の固体光源からの光束が略平行光束にされる。そして略平行光束の光が、第２の光学系が有する少なくとも１つの凹面反射面により反射されて、出射部の１以上の発光体に集光される。出射部からは、固体光源からの所定波長域の光と発光体からの可視光とを含む光が出射される。このように、発光体への集光に凹面反射面が用いられることで、光源装置のコンパクト化が可能になる。例えば高輝度化のために固体光源の数が増加する場合でも、第２の光学系の大きさを抑えることができる。この結果、装置の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能となる。
【００１４】
前記第１及び前記第２の光学系は、以下の式を満たす焦点距離をそれぞれ有してもよい。
１＜ｆ２／ｆ１＜８０
ｆ１：第１の光学系の焦点距離
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
第１の光学系の焦点距離と第２の光学系の焦点距離とを上記の式を満たすように設定することで、第２の光学系により集光される光の位置にズレが発生してしまうことを抑えることができる。
【００１５】
前記少なくとも１つの凹面反射面は、以下の式を満たす回転対称非球面であってもよい。
−１．５＜Ｋｍ＜−０．５
Ｋｍ：凹面反射面のコーニック定数
回転対称非球面である凹面反射面を、上記の式を満たすように設定することで、第２の光学系による集光の精度を向上させることができる。
【００１６】
前記少なくとも１つの凹面反射面は、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。
【００１７】
前記第２の光学系は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ導く光学部材を有してもよい。
このような光源部材を設けることで、第２の光学系の設計に関する自由度を増加させることができる。この結果、光源装置の小型化を図ることができる。
【００１８】
前記光学部材は、以下の式を満たす焦点距離を有してもよい。
−２００＜ｆ２／ｆｍ＜２００
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
光学部材の焦点距離を、上記の式を満たすように設定することで、第２の光学系による集光の精度を向上させることができる。
【００１９】
前記光学部材は、レンズであり、以下の式を満たす焦点距離を有してもよい。
−１００＜ｆＭ／ｆｍ＜１００
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：レンズの焦点距離
光学部材としてのレンズの焦点距離を、上記の式を満たすように設定することで、第２の光学系による集光の精度を向上させることができる。
【００２０】
前記光学部材は、前記第１の光学系が有する凹面反射面を第１の凹面反射面として、前記第１の凹面反射面とは異なる第２の凹面反射面を有し、以下の式を満たす焦点距離を有してもよい。
０．５＜ｆＭ／ｆｍ＜５０
ｆＭ：第１の凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
第２の凹面反射面を有する光学部材の焦点距離を、上記の式を満たすように設定することで、第２の光学系による集光の精度を向上させることができる。
【００２１】
前記光学部材は、凸面反射面を有し、以下の式を満たす焦点距離を有してもよい。
−５０＜ｆＭ／ｆｍ＜−０．５
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
凸面反射面を有する光学部材の焦点距離を、上記の式を満たすように設定することで、第２の光学系による集光の精度を向上させることができる。
【００２２】
前記光学部材は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ反射する平面反射面を有してもよい。
【００２３】
前記平面反射面は、前記発光体が配置される配置面に平行な状態を０°として、その状態から所定の回転軸を中心に前記凹面反射面に向かう回転方向を正として、以下の式を満たす回転角度で配置されてもよい。
０°＜Ａｍ＜６０°
Ａｍ：平面反射面の回転角度
平面反射面を、上記の式を満たすように配置することで、第２の光学系を適切に小型化することが可能となる。
【００２４】
前記第１及び前記第２の光学系を１つの組とした集光光学系が、前記発光体の位置を基準とした所定の基準軸を対称として複数配置されてもよい。
これにより出射部からの出射光の高輝度化を図ることができる。
【００２５】
前記第２の光学系は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ導く光学部材を有してもよい。この場合、前記光源装置は、さらに、前記集光光学系ごとに含まれる前記光学部材の配置を調整する調整機構を具備してもよい。
このような調整機構を具備することにより、複数の集光光学系を容易に配置することが可能となる。
【００２６】
前記出射部は、前記発光体が配置される配置面を含み前記配置面に垂直な方向に延びる所定の回転軸を中心に回転する回転ホイールを有してもよい。この場合、前記第２の光学系は、前記回転ホイールの配置面に配置された前記発光体上の、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の位置に、前記第１の光学系からの光を集光させてもよい。
これにより蛍光体の劣化を抑えることができる。
【００２７】
前記光源装置は、さらに、前記出射部から出射された前記出射光の光束を略平行光束にすることが可能であり、焦点距離が可変である第３の光学系を具備してもよい。
これにより出射部からの出射光を効率的に外部のシステム等へ導くことが可能となる。
【００２８】
本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源装置と、画像生成システムと、投射システムとを具備する。
前記光源装置は、１以上の固体光源と、第１の光学系と、出射部と、第２の光学系とを有する。
前記１以上の固体光源は、所定波長域の光を出射する。
前記第１の光学系は、前記１以上の固体光源からの光束を略平行光束にする少なくとも１つの非球面を有する。
前記出射部は、前記１以上の固体光源からの光により励起されて前記光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体を有し、前記所定波長域の光と前記１以上の発光体からの可視光とを含む光を出射光として出射可能である。
前記第２の光学系は、少なくとも１つの凹面反射面を有し、前記第１の光学系により前記略平行光束にされた前記１以上の固体光源からの光を前記凹面反射面により反射することで、前記出射部が有する前記１以上の発光体に集光する。
前記画像生成システムは、画像生成素子と、照明光学系とを有する。
前記画像生成素子は、照射された光をもとに画像を生成する。
前記照明光学系は、前記画像生成素子に前記光源装置からの出射光を照射する。
前記投射システムは、前記画像生成素子により生成された画像を投射する。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本技術によれば、装置の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能な光源装置及び画像表示装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本技術の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成例を示す図である。
【図２】図１に示す第１の光源部の構成例及びレーザ光の光路を示す模式的な図である。
【図３】本技術に係る反射部材の一例を示す模式的な図である。
【図４】本技術に係る反射部材の一例を示す模式的な図である。
【図５】第１の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図９】第１の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図１０】集光ポイントのズレについて説明するための模式的な図である。
【図１１】本技術の第２の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図１２】第２の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図１５】第２の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図１６】図１１に示す第１の光源部を２つ用いた場合の構成例を示す図である。
【図１７】本技術の第３の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図１８】第３の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図１９】第３の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図２０】第３の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図２１】第３の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図２２】本技術の第４の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図２３】第４の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図２４】第４の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図２５】第４の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図２６】第４の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図２７】図２２に示す第１の光源部を２つ用いた場合の構成例を示す図である。
【図２８】本技術の第５の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図２９】第５の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図３０】第５の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図３１】第５の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図３２】第５の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図３３】本技術の第６の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図３４】第６の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図３５】第６の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図３６】第６の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図３７】第６の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図３８】本技術の第７の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図３９】第７の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図４０】第７の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図４１】第７の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図４２】第７の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図４３】図３８に示す第１の光源部を２つ用いた場合の構成例を示す図である。
【図４４】本技術の第８の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図４５】第８の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図４６】第８の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図４７】第８の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図４８】第８の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図４９】本技術の第９の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図５０】第９の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図５１】第９の実施形態に係る複数のレーザ光源の数及び配置位置を示す図である。
【図５２】第９の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図５３】第９の実施形態に係る第１の光源部に関する各データを示す表である。
【図５４】第１の実施形態から第９の実施形態におけるデータを示す表である。
【図５５】本技術の第１０の実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。
【図５６】第１０の実施形態に係る集光ポイントの位置を説明するための図である。
【図５７】本技術の第１１の実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。
【図５８】本技術に係る画像表示装置としてのプロジェクタの構成例を示す模式的な図である。
【図５９】本技術に係るプロジェクタの他の構成例を示す模式的な図である。
【図６０】本技術に係るプロジェクタの他の構成例を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
＜第１の実施形態＞
図１は、本技術の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成例を示す図である。この光源装置１００は、青色波長域のレーザ光、及び、そのレーザ光によって励起される蛍光物質から生じる赤色波長域から緑色波長域の光を合成して白色光を出射するタイプの、プロジェクタ用の光源装置である。
【００３３】
光源装置１００は、第１の光源部１０と、第２の光源部５０とを有する。第１の光源部１０は、複数のレーザ光源５と、複数のレーザ光源５から出射された光を、第２の光源部５０が有する蛍光体層５１に集光させるための第１及び第２の光学系１１及び１２とを有する。
【００３４】
複数のレーザ光源５は、例えば、４００ｎｍ−５００ｎｍの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光Ｂ１を発振可能な青色レーザ光源である。複数のレーザ光源５は、所定波長域の光を出射する１以上の固体光源に相当する。固体光源として、ＬＥＤ等の他の光源が用いられてもよい。また所定波長域の光も、青色レーザ光Ｂ１に限定されない。
【００３５】
第１の光学系１１は、複数のレーザ光源５からの出射される青色レーザ光Ｂ１の光束を略平行にする少なくとも１つの非球面を有する。第２の光学系１２は、少なくとも１つの凹面反射面を有し、第１の光学系１１により略平行光束にされた複数のレーザ光源５からの青色レーザ光Ｂ１を凹面反射面により反射することで、第２の光源部５０が有する１以上の蛍光体５１に集光する。第１及び第２の光学系１１及び１２については後に詳しく説明する。
【００３６】
第２の光源部５０は出射部に相当し、蛍光体ホイール５２を有する。蛍光体ホイール５２は、青色レーザ光Ｂ１を透過させる円盤形状の基板５３と、その基板５３上に設けられた蛍光体層５１とを有している。基板５３の中心には、蛍光体ホイール５２を駆動するモータ５４が接続され、蛍光体ホイール５２は、基板５３の中心を通る法線に回転軸５５を有し、回転軸５５を中心として回転可能に設けられている。
【００３７】
蛍光体ホイール５２は、発光体としての蛍光体層５１が配置される配置面５６を含みその配置面５６に垂直な方向に延びる所定の回転軸を中心に回転する回転ホイール５７を有する。図１に示す回転軸５５が、配置面５６に垂直な方向に延びる所定の回転軸に相当する。回転ホイール５７に蛍光体層５１が配置されたものが、蛍光体ホイール５２となる。
【００３８】
蛍光体層５１は、複数のレーザ光源５からの光に励起されてその光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体に相当する。本実施形態では、蛍光体層５１は、約４４５ｎｍの中心波長を持つ青色レーザ光Ｂ１によって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含んでいる。そして蛍光体層５１は、複数のレーザ光源５が出射する青色レーザ光Ｂ１の一部を、赤色波長域か緑色波長域までを含む波長域の光（すなわち黄色光）に変換して出射する。
【００３９】
蛍光体層５１に含まれる蛍光物質としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光物質の種類、励起される光の波長域、及び励起により発生される可視光の波長域は限定されない。
【００４０】
また、蛍光体層５１は、励起光の一部を吸収する一方、励起光の一部を透過させることにより、複数のレーザ光源５から出射された青色レーザ光Ｂ１も出射することができる。これにより、蛍光体層５１から出射される光は、青色の励起光と黄色の蛍光との混色による白色光となる。このように励起光の一部を透過させるため、蛍光体層５１は、例えば光透過性を有する粒子状の物質であるフィラー粒子を含んでいてもよい。
【００４１】
図１に示すように、蛍光体ホイール５２は、基板５３の２つの主面のうち、蛍光体層５１が設けられていない側の主面５８を第１の光源部１０側に向けるようにして配置されている。また、蛍光体ホイール５２は、第１の光源部１０により集光される青色レーザ光Ｂ１の焦点位置が蛍光体層５１上の所定の位置に一致するように配置されている。
【００４２】
モータ５４によって基板５３が回転することにより、レーザ光源５は、蛍光体層５１上の照射位置を相対的に移動させながら、蛍光体層５１に励起光を照射する。これにより第２の光源部５０により、蛍光体層５１を透過した青色レーザ光Ｂ２と、蛍光体層５１からの可視光である緑色光Ｇ２及び赤色光Ｒ２を含む光が出射光として出射される。蛍光体ホイール５２が回転することで、蛍光体層５１上の同一の位置に長時間励起光が照射されることによる劣化を避けることができる。
【００４３】
図２は、図１に示す第１の光源部１０の構成例、及びレーザ光Ｂ１の光路を示す模式的な図である。第１の光源部１０は、複数のレーザ光源５と、各レーザ光源５からの光束を略平行光束にする複数のコリメータレンズ１５とを有する。また第１の光源部１０は、コリメータレンズ１５により略平行光束にされた青色レーザ光Ｂ１を、蛍光体層５１上の所定の集光ポイント６０に反射する反射部材２０とを有する。反射部材２０は凹面反射面２１を有し、この凹面反射面２１により青色レーザ光Ｂ１を反射することで、当該青色レーザ光Ｂ１を集光ポイント６０へ集光する。反射部材２０としては、例えば反射ミラーが用いられる。
【００４４】
各レーザ光源５に設けられるコリメータレンズ１５は、回転対称非球面レンズである。複数のコリメータレンズ１５の非球面が、第１の光学系１１が有する少なくとも１つの非球面に相当する。本実施形態では、各レーザ光源５に１つのコリメータレンズ１５が設置されたが、これに限定されない。例えば所定の数のレーザ光源５からの光束が、まとめて１つの非球面レンズにより略平行光束にされてもよい。またレーザ光源５からの光束を略平行光束にできるのであれば、回転対称でない非球面を有するレンズ等が用いられてもよい。
【００４５】
図３及び図４は、反射部材２０の一例を示す模式的な図である。反射部材２０は、第２の光学系１２に含まれるものであり、凹面反射面２１を有する。凹面反射面２１は、回転対称非球面であってもよいし、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。複数のレーザ光源５の位置や集光ポイント６０の位置、凹面反射面２１に入射するレーザ光Ｂ１の光束の大きさや入射角度等をもとに、凹面反射面２１の形状は適宜設定される。
【００４６】
図４は、反射部材２０を凹面反射面２１の反対側の背面２２側から見た図である。また図４には、反射部材２０を互いに略直交する方向での断面図が図示されている。図４に示すように、反射部材２０は、背面２２側から見ると略矩形状の外形を有している（以下背面側２２から見た外形を単に外形と記載する）。また反射部材２０は、凹面反射面２１の形状に沿った断面形状を有している。
【００４７】
例えば第１の光学系１１により略平行光束にされた青色レーザ光Ｂ１の照射領域の大きさに合わせて、反射部材２０の外形形状は適宜変更することができる。例えば図４に示すように略矩形状の反射部材２０が用いられてもよいし、三角形状やその他多角形状の反射部材２０等が用いられてもよい。これにより、複数のレーザ光源５らの光を集光するために集光レンズが用いられる場合よりも、反射部材２０の外形を適宜調整して小さくすることが可能となる。
【００４８】
例えば図４に示す反射部材２０の凹面反射面２１の全体にわたって青色レーザ光Ｂ１が照射されるとする。この場合、集光レンズを用いて当該青色レーザ光Ｂ１を集光させようとすると、少なくとも反射部材２０の外形を含むような大きさのレンズ（破線の円Ｇ参照）が必要となる。また反射部材２０の厚み（断面図参照）も、集光レンズが用いられる場合よりも小さくすることができる。この結果、第２の光学系１２をコンパクトにすることが可能となり、光源装置１００の大型化を抑えることが可能となる。また一般的にレンズを用いた屈折系よりも、放物面形状を持つ反射面の方が、小型の集光光学系に向いていることは望遠鏡の光学系からも明らかである。
【００４９】
凹面反射面２１は、典型的には鏡面となっており、この鏡面により青色レーザ光Ｂ１を蛍光体層５１へ反射して集光する。反射部材２０の材料は限定されず、例えば金属材料やガラス等が用いられる。
【００５０】
以下、第１の光源部１０についての詳しい実施例を説明する。図５−図９は、その実施例を説明するための図である。
【００５１】
図５及び図６は、第１の光源部１０の構成を示す図である。図６は、図５に示す第１の光源部１０を、複数のレーザ光源５の背面側から反射部材２０へ向かう方向で見た図である。
【００５２】
図５及び図６に示すように、複数のレーザ光源５からの光束が、各レーザ光源５に設けられたコリメータレンズ１５により略平行光束にされる。略平行光束にされた青色レーザ光Ｂ１は、反射部材２０の凹面反射面２１により反射されることで、蛍光体層５１上の所定の集光ポイント６０に集光される。
【００５３】
図７は、複数のレーザ光源５の数及び配置位置を示す図である。図７に示すｘｙｚ座標は、図５に示すｘｙｚ座標と対応する座標である。図７に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源５として、ｘ軸方向に沿って４つ並び、ｙ軸方向に沿って７つ並ぶ合計２８個のレーザ光源アレイが用いられる。なおレーザ光源５の数は限定されない。
【００５４】
ｘ軸方向及びｙ軸方向におけるレーザ光源５の間隔は、ともに１１ｍｍである。コリメータレンズ１５から射出する略平行光束のレーザ光Ｂ１の光束径は６ｍｍである。従って、ｘ軸方向で３９ｍｍ、ｙ軸方向で７２ｍｍの範囲において、略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が凹面反射面２１に向けて照射される。なお、ｘ軸及びｙ軸が交わる原点は、第２の光学系１２の光軸となっている。
【００５５】
図８及び図９は、第１の光源部１０に関する各データを示す表である。表中の物体側ＮＡは、各レーザ光源５からの青色レーザ光Ｂ１に対するコリメータレンズ１５の開口数である。第１の光学系の焦点距離ｆ１は、コリメータレンズ１５の焦点距離である（単位はｍｍ）。第２の光学系の焦点距離ｆ２は、反射部材２０の凹面反射面２１の焦点距離である（単位はｍｍ）。
【００５６】
第１の光学系１１の第１の光学面は、アレイ開始面に相当し、２８個のレーザ光源５の出射面に相当する。面Ｓ１は、レーザ光源５を覆うカバーガラス７の光源側の面である（図５参照）。面Ｓ２は、カバーガラス７の反対側の面、すなわちレーザ光Ｂ１が出射する側の面である。面Ｓ３は、コリメータレンズ１５のレーザ光源５側の平面である。面Ｓ４は、コリメータレンズ１５の非球面であり、この面がアレイ最終面となる。この面Ｓ４までは、第１の光学系１１に含まれる面である。
【００５７】
面Ｓ５からは第２の光学系１２に含まれる。面Ｓ５は、反射部材２０の凹面反射面２１である。本実施形態では、凹面反射面２１は非球面で構成されている。面Ｓ６は、蛍光体層５１が配置される配置面５６の反対側の面５８である。面Ｓ６は、図５のｘ軸及びｙ軸からなるｘｙ平面に対して偏心した偏心面として設定される。この設定は、凹面反射面２１により反射された青色レーザ光Ｂ１の光束の略中央の光が、略垂直に蛍光体層５１に入射するために行われる。第２の光学系１２の第２の光源面は、蛍光体層５１の青色レーザ光Ｂ１が入射する側の面である。
【００５８】
図８の表では、各面の曲率半径（ｍｍ）、面間の間隔（ｍｍ）、及び波長が４４５ｎｍの青色レーザ光に対する屈折率ｎが記載されている。曲率半径及び間隔は、図に示すｚ軸を基準として正負の符号を付けて記載されている。なお曲率半径が無限大（ｉｎｆｉｎｉｔｙ）であるとはその面が平面であることを意味する。屈折率ｎは、カバーガラス７、コリメータレンズ１５、及び載置面５６を有する基板５３について記載されている。
【００５９】
図９には、面Ｓ４及び面Ｓ５の非球面のデータと、面Ｓ６の偏心設定のデータとが記載されている。本実施形態では、以下の式にて非球面が表わされる。なお式中のｃは曲率、Ｋはコーニック定数、Ａｉは補正係数である。
【００６０】
【数１】
2014082144.tif 000003
【００６１】
コリメータレンズ１５の非球面である面Ｓ４は、図９に示すコーニック定数Ｋと、補正係数Ａｉとを上記の式に代入することで表わされる。また曲率ｃは、図８の曲率半径から求められる。凹面反射面であるＳ５は、コーニック定数Ｋが−１である放物面となっている。偏心面であるＳ６は、ｘｙ平面に対してｙ軸時計回り方向に４０°、ｘ軸方向に−２．０ｍｍ偏心されている。
【００６２】
ここで第１の光学系１１の焦点距離ｆ１と、第２の光学系１２の焦点距離ｆ２について考察した。この結果、第１及び第２の光学系１１及び１２の焦点距離が、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。
１＜ｆ２/ｆ１＜８０・・・（１）
ｆ１：第１の光学系の焦点距離
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
【００６３】
条件式（１）は、第１の光学系の焦点距離ｆ１に対する第２の光学系の焦点距離ｆ２を適切に規定するものである。ここで条件式（１）において、上限が満たされない場合、すなわちｆ２/ｆ１＜８０が満たされない場合を考える。この場合、第１の光学系１１の組み立て時等において、レーザ光源５とコリメータレンズ１５との相対的な位置にズレが生じたとする。そうすると、第２の光学系１２において青色レーザ光Ｂ１が集光されるポイント６０が、所期のポイントから大きくずれてしまう。
【００６４】
図１０は、集光ポイント６０のズレについて説明するための模式的な図である。図１０では、第１の光学系１１が、焦点距離がｆ１であるレンズＦ１を有する光学系として模式的に表現されている。同様に、第２の光学系１２が、焦点距離がｆ２であるレンズＦ２を有する光学系として模式的に表現されている。
【００６５】
図１０において、Ｙｃｏｌはレーザ光源５とコリメータレンズ１５との相対的なズレを表わす。Ｙｃｏｎは、集光ポイント６０のズレを表わす。図１０に示すように、Ｙｃｏｌが発生すると、レンズＦ１から出射される光束が角度θだけ傾く。この角度θを用いると、Ｙｃｏｌ及びＹｃｏｎは以下の式で表わされる。
Ｙｃｏｌ＝ｆ１×ｔａｎθ
Ｙｃｏｎ＝ｆ２×ｔａｎθ
【００６６】
この２つの式により、Ｙｃｏｌ及びＹｃｏｎについて、以下の式（Ａ）が成り立つ。
Ｙｃｏｎ＝（ｆ２／ｆ１）×Ｙｃｏｌ・・・（Ａ）
すなわち、第２の光学系１２における集光ポイント６０のズレは、焦点距離ｆ１に対する焦点距離ｆ２の比に比例する。従って、ｆ２／ｆ１の値が条件式（１）の上限よりも大きくなってしまうと、集光ポイント６０のズレが大きくずれてしまうのである。この結果、例えば複数のレーザ光源５のそれぞれで組み立てバラツキ等が発生すると、各レーザ光源５からの青色レーザ光Ｂ１を１箇所に集光させることが困難となる。
【００６７】
一方で、条件式（１）の下限が満たされない場合、第２の光学系１２が極端に小型化するため系が成立しなくなってしまう。以上のような考察により、ｆ２／ｆ１が条件式（１）を満たす場合に、集光ポイント６０のズレの発生を抑えることができることが見出された。条件式（１）の下限値及び上限値は有効な範囲を規定する値として見出された値であるが、例えば種々の条件等により、ｆ２／ｆ１の有効な範囲は変更し得る。例えば条件式（１）で示す範囲内に含まれるより小さい範囲が、有効な範囲として成立することも考えられる。なお、上記の条件式（１）に関する考察は、集光レンズを用いたい光学系においても同様に当てはまる。
【００６８】
また第２の光学系１２の凹面反射面２１についても考察した。この結果、凹面反射面２１は回転対称非球面で構成され、コーニック定数が以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
−１．５＜Ｋｍ＜−０．５・・・（２）
Ｋｍ：凹面反射面のコーニック定数
【００６９】
回転対称非球面で構成された凹面反射面２１が、条件式（２）を満たさない場合、複数のレーザ光源５からの青色レーザ光Ｂ１を、１点の集光ポイント６０に集光させることが難しくなる可能性が見出された。すなわち条件式（２）を満たす場合に、青色レーザ光Ｂ１を所期の集光ポイント６０に高い精度で集光できる。
【００７０】
なお、上記したように、凹面反射面２１を、回転対称軸を有さない自由曲面で構成することも可能である。
【００７１】
以上本実施形態に係る光源装置１００では、少なくとも１つの非球面を有する第１の光学系１１により複数のレーザ光源５からの光束が略平行光束にされる。そして略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が、第２の光学系１２が有する少なくとも１つの凹面反射面２１により反射されて、第２の光源部５０の蛍光体層５１に集光される。第２の光源部５０からは、レーザ光源５からの青色レーザ光と蛍光体層５１の可視光とを含む白色光が出射される。このように、蛍光体層５１への集光に凹面反射面２１が用いられることで、光源装置１００のコンパクト化が可能になる。例えば高輝度化のためにレーザ光源５の数が増加する場合でも、凹面反射面２１の形状や配置位置等を適宜設定することで、第２の光学系１２の大型化を抑えることができる。この結果、光源装置１００の大型化を抑えつつ高輝度化を達成することが可能となる。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の光源装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した光源装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【００７３】
図１１−図１５は、本実施形態に係る光源装置２００を説明するための図である。図１１及び図１２は、本実施形態に係る第１の光源部２１０の構成を示す図である。図１３は、複数のレーザ光源２０５の数及び配置位置を示す図である。図１４及び図１５は、第１の光源部２１０に関する各データを示す表である。
【００７４】
図１１及び図１２に示すように、本実施形態では、第２の光学系２１２が平面反射面２２４を有する平面反射部材２２５を含む。この平面反射部材２２５は、凹面反射面２２１により反射された複数のレーザ光源２０５からの光を、蛍光体層２５１へ導く光学部材に相当する。平面反射部材２２５の平面反射面２２４は、凹面反射面２２１により反射された複数のレーザ光源２０５からの光を、蛍光体層２５１へ反射する。これにより複数のレーザ光源２０５から出射された青色レーザ光Ｂ１が蛍光体層２５１上の所定の集光ポイント２６０へ集光される。なお図１２は、第１の光源部２１０を複数のレーザ光源２０５の背面側から斜めに見た図である。
【００７５】
図１３に示すように、本実施形態でも、第１の実施形態と同様の２８個のレーザ光源アレイが用いられる。複数のレーザ光源２０５が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は凹面反射面２２１により平面反射面２２４に向けて反射される。そして平面反射面２２４により反射されることで、蛍光体層２５１へ集光される。複数のレーザ光源２０５、反射部材２２０、及び平面反射部材２２５の配置位置や、各反射面の形状や角度等は、所定の集光ポイント２６０に青色レーザ光Ｂ１が集光される範囲で適宜設定可能である。
【００７６】
図１４の表において、第２の光学系２１２の焦点距離ｆ２は、反射部材２２０と平面反射部材２２５とを含む光学系の焦点距離である。しかし平面反射部材２２５の平面反射面２２４の焦点距離は無限大（ｉｎｆｉｎｉｔｙ）である。従って第２の光学系２１２の焦点距離ｆ２は、凹面反射面２２１の焦点距離となる。
【００７７】
また偏心面として設定されるＳ６は、平面反射部材２２５の平面反射面２２４である。図１５に示すように、平面反射面２２４は、ｘｙ平面に対してｙ軸時計回り方向に４０°偏心されている。面Ｓ７は、蛍光体層２５１が配置される配置面２５６の反対側の面２５８である（第１の実施形態の面Ｓ６に相当）。本実施形態では、Ｓ７は回転されずｘｙ平面と平行に配置され、ｘ軸方向に１４．９７ｍｍシフトされている。
【００７８】
このように第２の光学系２１２が、反射部材２２０と異なる光学部材を有してもよい。これにより、第２の光学系２１２の設計に関する自由度を増加させることができ、光源装置の小型化を図ることができる。
【００７９】
光学部材として平面反射部材２２５が用いられる場合において、その平面反射面２２４の配置角度について考察した。その結果、蛍光体層２５１が配置される配置面２５６に平行な状態を０°として、その状態から所定の回転軸を中心に凹面反射面２２１に向かう回転方向を正として、以下の条件式（３）を満たす回転角度で配置されることが望ましい。
０°＜Ａｍ＜６０°・・・（３）
Ａｍ：平面反射面の回転角度
【００８０】
図１１に示すように本実施形態では、ｘｙ平面に平行な状態が０°となる。そしてｙ軸を回転軸として、凹面反射面２２１に向かう回転方向が正となる。従ってｙ軸を中心として０°から６０°の範囲の角度で平面反射面２２４を配置することが望ましいことになる。
【００８１】
条件式（３）は、第２の光学系２１２の小型化を規制したものといえる。条件式（３）の上限が満たされず、ｙ軸を中心として平面反射面２２４が６０°以上傾けられたとする。この場合、凹面反射面２２１からの反射光束と蛍光体層２５１とが干渉してしまう可能性が高い。条件式（３）の下限が満たされず、ｙ軸を中心として平面反射面２２４が０°以下の角度で傾けられたとする。すなわちｘｙ平面に平行な状態から凹面反射面２２１と反対側に傾けられたとする。この場合、凹面反射面２２１と蛍光体層２５１との距離（図１１ではｘ軸方向での距離）が大きくなってしまい系が大型化してしまう。
【００８２】
以上のような考察により、条件式（３）が満たされる場合に、第２の光学系を適切に小型化可能であることが見出された。なお種々の条件により、条件式（３）に示す範囲内に含まれるより小さい範囲が有効な範囲として成立することも考えられる。
【００８３】
図１６は、図１１に示す第１の光源部を２つ用いた場合の構成例を示す図である。図１６に示す例では、第１及び第２の光学系２１１及び２１２を１つの組とした集光光学系２１７が、蛍光体層２５１を通る軸Ａを対称にした２つの位置にそれぞれ配置されている。このような構成により、レーザ光源２０５の数が倍の５６個となり、蛍光体層２５１に集光される光束も増加する。この結果、蛍光体層２５１から出射される白色光の高輝度化を図ることができる。
【００８４】
５６個ものレーザ光源２０５からの光を集光レンズにて集光させようとすると、非常に大きなレンズが必要となる。しかしながら本実施形態では、凹面反射面２２１を有する反射部材２２０を２つ用いることで、装置の大型化を抑えることができる。
【００８５】
複数の集光光学系２１７の配置位置を規定するための基準となる軸Ａの位置は、適宜設定されてよい。すなわち蛍光体層２５１の位置を基準とした所定の基準軸を対称として、複数の集光光学系２１７が配置されればよい。蛍光体層２５１の位置を基準とした所定の基準軸として、図１６に示すような集光ポイント２６０を通る軸Ａが設定されてもよいし、例えば図１に示す蛍光体ホイール５２の中心を通る回転軸５５が設定されてもよい。
【００８６】
なお複数配置される集光光学系２１７としては、第２の実施形態に係る第１及び第２の光学系２１１及び２１２の組に限定されない。第１の実施形態で説明した第１及び第２の光学系１１及び１２の組が複数配置されてもよい。またこの後に説明する他の実施形態に係る第１及び第２の光学系の組が集光光学系として複数配置されてもよい。
【００８７】
なお図１６に示す構成を、１つの第１の光源部として見ることも可能である。すなわち５６個のレーザ光源２０５を複数のレーザ光源とする。各レーザ光源２０５に設けられたコリメータレンズ２１５により１つの第１の光学系が構成されている。そして複数の反射部材と複数の平面反射部材とにより１つの第２の光学系が構成されていると考えることも可能である。
【００８８】
＜第３の実施形態＞
本技術に係る第３の実施形態の光源装置について説明する。図１７及び図１８は、本実施形態に係る第１の光源部３１０の構成を示す図である。図１９は、複数のレーザ光源３０５の数及び配置位置を示す図である。図２０及び図２１は、第１の光源部３１０に関する各データを示す表である。
【００８９】
図１７及び図１８に示すように、本実施形態では、第２の光学系３１２が、凹面レンズ３２５を含む。この凹面レンズ３２５は、凹面反射面３２１により反射された複数のレーザ光源３０５からの光を、蛍光体層３５１へ導く光学部材に相当する。この凹面レンズ３２５により、凹面反射面３２１により反射された青色レーザ光Ｂ１が、蛍光体層３５１上の所定の集光ポイント３６０へ集光される。なお図１８は、第１の光源部３１０を、複数のレーザ光源３０５の背面側から反射部材３２０へ向かう方向で見た図である。
【００９０】
図１９に示すように、本実施形態でも、上記の実施形態と同様の２８個のレーザ光源アレイが用いられる。複数のレーザ光源３０５が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は凹面反射面３２１により凹面レンズ３２５に向けて反射される。そして凹面レンズ３２５により青色レーザ光Ｂ１が蛍光体層３５１へ集光される。
【００９１】
凹面レンズ３２５は、凹面反射面３２１と蛍光体層３５１の間に、凹面反射面３２１からの光束の略中央に沿って（矢印Ｍの方向に沿って）、蛍光体層３５１と並んで配置されている。この凹面レンズ３２５を配置することで、凹面反射面３２１からの反射光の集光ポイント３６０を、矢印Ｍの方向で調節することが可能となる。この結果、第２の光学系３１２の設計に関する自由度を増加させることができ、光源装置の小型化を図ることができる。なお、複数のレーザ光源３０５、反射部材３２０、及び凹面レンズ３２５の配置位置等は、適宜設定可能である。
【００９２】
図２０の表において、第２の光学系３１２の焦点距離ｆ２は、反射部材３２０と凹面レンズ３２５とを含む光学系の焦点距離である。本実施形態では、凹面反射面３２１の焦点距離ｆＭは５７．０００であり、凹面レンズ３２５の焦点距離ｆｍは、−５．８１４である。これらの部品を図１１に示すように配置することで、第２の光学系３１２の焦点距離ｆ２は、７６．６８５となっている。
【００９３】
また偏心面として設定されるＳ６は、凹面レンズ３２５の背面側の平面である。面Ｓ６は、ｘｙ平面に対してｙ軸時計回り方向に４０°、ｘ軸方向に−１．８ｍｍ偏心されている。面Ｓ７は、凹面レンズ３２５の凹面３２４であり、曲率半径が−２．８００となっている。本実施形態では、凹面レンズ３２５の凹面３２４は球面となっている。
【００９４】
光学部材として、パワーを持った部材、換言すれば所定の焦点距離を持つ部材が用いられる場合において、その焦点距離について考察した。その結果、光学部材の焦点距離が以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
−２００＜ｆ２／ｆｍ＜２００・・・（４）
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
【００９５】
条件式（４）は、第２の光学系３１２の焦点距離と光学部材の焦点距離とを適切に規定するものである。光学部材として正のパワーを有するもの、及び負のパワーを有するもののいずれが用いられても第２の光学系３１２は成立する。従って光学部材の焦点距離は、正の値であっても負の値であってもよい。しかしながら条件式（４）の上下限が満たされない場合、パワーの絶対値（光学部材の焦点距離の絶対値）が大きすぎて、青色レーザ光Ｂ１を所期の集光ポイント３６０に集光させることが難しくなる可能性が見出された。すなわち条件式（４）を満たす場合に、青色レーザ光Ｂ１を所期の集光ポイントに高い精度で集光できる。
【００９６】
また光学部材がレンズで構成される場合に、レンズの焦点距離が以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
−１００＜ｆＭ／ｆｍ＜１００・・・（５）
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：レンズの焦点距離
【００９７】
条件式（５）は、凹面反射面３２１の焦点距離とレンズの焦点距離とを適切に規定するものである。本実施形態では、焦点距離が負となる凹面レンズ３２５が用いられたが、焦点距離が正となるレンズが用いられてもよい。条件式（４）について説明したことと同様に、レンズの焦点距離の絶対値が大きすぎると、集光の精度が低下してしまう可能性がある。従って条件式（５）を満たすことで、青色レーザ光Ｂ１を所期の集光ポイントに高い精度で集光させることができる。
【００９８】
なお種々の条件により、条件式（４）及び（５）に示す範囲内に含まれる、より小さい範囲が有効な範囲として成立することも考えられる。
【００９９】
＜第４の実施形態＞
本技術に係る第４の実施形態の光源装置について説明する。図２２及び図２３は、本実施形態に係る第１の光源部４１０の構成を示す図である。図２４は、複数のレーザ光源４０５の数及び配置位置を示す図である。図２５及び図２６は、第１の光源部４１０に関する各データを示す表である。
【０１００】
図２２及び図２３に示すように、本実施形態に係る第２の光学系４１２は、第３の実施形態と同様に、光学部材として凹面レンズ４２５を有する。図２５の表に示すように、凹面レンズ４２５の凹面４２４である面Ｓ７は非球面で形成されている。図２６には、面Ｓ７の非球面のデータが記載されている。
【０１０１】
このように光源部材として非球面の凹面４２４を有する凹面レンズ４２５が用いられてもよい。この場合でも、上記した条件式（４）及び（５）が満たされることで、第２の光学系４１２による集光の精度を向上させることができる。なお本実施形態では、凹面反射面４２１の焦点距離ｆＭは１０７．６８１であり、凹面レンズ４２５の焦点距離ｆｍは、−２．６５５である。
【０１０２】
図２７は、図２２に示す第１の光源部４１０を２つ用いた場合の構成例を示す図である。図２７に示すように、第１及び第２の光学系４１１及び４１２を１つの組とした集光光学系４１７が、蛍光体層４５１を通る軸Ａを対称にした２つの位置にそれぞれ配置されている。これによりレーザ光源４０５の数を増加させることが可能となり、出射される白色光の高輝度化を図ることができる。
【０１０３】
図１７に示す第３の実施形態に係る第１の光源部３１０と、本実施形態に係る第１の光源部４１０とを比較する。そうすると本実施形態に係る第１の光源部４１０の方が、複数のレーザ光源４０５と反射部材４２０との距離が大きい。これは光源部材として非球面を有する凹面レンズ４２５が用いられているからである。この結果、軸Ａに対称となる位置に複数の集光光学系４１７を配置することが容易となっている。このように、複数の集光光学系４１７を配置させることを目的として、第２の光学系４１２に含まれる光学部材が適宜選択されてもよい。
【０１０４】
＜第５の実施形態＞
本技術に係る第５の実施形態の光源装置について説明する。図２８及び図２９は、本実施形態に係る第１の光源部５１０の構成を示す図である。図３０は、複数のレーザ光源５０５の数及び配置位置を示す図である。図３１及び図３２は、第１の光源部５１０に関する各データを示す表である。
【０１０５】
図３０に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源５０５として、ｘ軸及びｙ軸方向のそれぞれに３つ並び中心が空いている合計８個のレーザ光源アレイが用いられる。図２８に示すように、この複数のレーザ光源５０５の対向する位置に凹面反射面５２１を有する反射部材５２０が配置される。反射部材５２０は、複数のレーザ光源５０５に比較的近い位置に、複数のレーザ光源５０５を覆うようにして配置される。
【０１０６】
図２９に示すように、８個のレーザ光源５０５の略中心の空いている位置には、光学部材として凹面反射面５２４を有する反射部材５２５が配置される。以下、反射部材５２０を、第１の凹面反射面５２１を有する第１の反射部材５２０と記載する。一方、光学部材としての反射部材５２５を、第２の凹面反射面５２４を有する第２の反射部材５２５と記載する。
【０１０７】
第２の反射部材５２５は、第２の凹面反射面５２４が第１の凹面反射面５２１と対向するように配置される。第１の凹面反射面５２１の略中央には開口５２７が形成されており、その開口５２７の向こう側（第１の凹面反射面５２１の反対側）に、蛍光体層５５１上の所定の集光ポイント５６０が設定されている。
【０１０８】
複数のレーザ光源５０５が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は第１の凹面反射面５２１により第２の反射部材５２５に向けて反射される。そして第２の凹面反射面５２４により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口５２７を通って集光ポイント５６０に集光される。
【０１０９】
図３１の表において、第２の光学系５１２の焦点距離ｆ２は、第１及び第２の反射部材５２０及び５２５を含む光学系の焦点距離である。本実施形態では、第１の凹面反射面５２１の焦点距離ｆＭは１１．４８０であり、第２の反射部材５２５の焦点距離ｆｍは、１．４００である。これらの部品を図２８に示すように配置することで、第２の光学系５１２の焦点距離ｆ２は、１３３．９３３となっている。
【０１１０】
面Ｓ６は、第２の凹面反射面５２４であり、曲率半径が２．８００となっている。本実施形態では、第２の凹面反射面５２４は球面となっている。このように光学部材として凹面反射面５２４を適宜用いることで第１の光源部５１０を小型にすることが可能となる。この結果、光源装置の大型化を抑えることができる。また第１の光源部５１０を複数配置することにも有利である。
【０１１１】
光学部材が凹面反射面５２４を有する場合に、その光学部材の焦点距離が以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
０．５＜ｆＭ／ｆｍ＜５０・・・（６）
ｆＭ：第１の凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離（第２の凹面反射面の焦点距離）
【０１１２】
条件式（６）は、第１及び第２の凹面反射面５２１及び５２４の各焦点距離を適切に規定するものである。条件式（６）の上下限が満たされない場合、第２の凹面反射面５２４のパワーが大きくなりすぎて、集光の精度が低下してしまう可能性がある。従って条件式（６）を満たすように焦点距離を適宜設定することで、青色レーザ光Ｂ１を所期の集光ポイントに高い精度で集光させることができる。
【０１１３】
なお種々の条件により、条件式（６）に示す範囲内に含まれる、より小さい範囲が有効な範囲として成立することも考えられる。
【０１１４】
＜第６の実施形態＞
本技術に係る第６の実施形態の光源装置について説明する。図３３及び図３４は、本実施形態に係る第１の光源部６１０の構成を示す図である。図３５は、複数のレーザ光源６０５の数及び配置位置を示す図である。図３６及び図３７は、第１の光源部６１０に関する各データを示す表である。
【０１１５】
本実施形態に係る第１の光源部６１０は、第５の実施形態の第１の光源部５１０と略同様の構成となっている。第１の光源部５１０との主な差異は、複数のレーザ光源６０５の数、及び第２の反射部材６２５の位置である。それにともない図３６及び図３７に示すデータ値も異なるものとなっている。
【０１１６】
図３５に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源６０５として、ｘ軸方向に沿って４つ並び、ｙ軸方向に沿って３つ並ぶ合計１２個のレーザ光源アレイが用いられる。そして図３３及び図３４に示すように、１２個のレーザ光源６０５の略中心の位置であって、複数のレーザ光源６０５よりも第１の凹面反射面６２１に近い位置に、第２の反射部材６２５が配置される。
【０１１７】
複数のレーザ光源６０５が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は第１の凹面反射面６２１により第２の反射部材６２５に向けて反射される。そして第２の凹面反射面６２４により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口６２７を通って集光ポイント６６０に集光される。
【０１１８】
このような構成である場合でも、上記した条件式（６）が満たされることで、第２の光学系６１２による集光の精度を向上させることができる。なお本実施形態では、焦点距離ｆＭは１５．６８０であり、焦点距離ｆｍは１．６７０である。
【０１１９】
＜第７の実施形態＞
本技術に係る第７の実施形態の光源装置について説明する。図３８及び図３９は、本実施形態に係る第１の光源部７１０の構成を示す図である。図４０は、複数のレーザ光源７０５の数及び配置位置を示す図である。図４１及び図４２は、第１の光源部７１０に関する各データを示す表である。
【０１２０】
本実施形態に係る第１の光源部７１０でも、第２の光学系７１２が光学部材として、第２の凹面反射面７２４を有する第２の反射部材７２５を有する。図３８及び図３９に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源７０５及び第１の反射部材７２０の位置からｘ軸方向で比較的遠い位置に、蛍光体層７５１上の集光ポイント７６０が設定されている。この集光ポイント７６０に青色レーザ光Ｂ１を集光させるために、第２の反射部材７２５も第１の反射部材７２０等から離れた位置に配置されている。なお図４０に示すように、複数のレーザ光源７０５として、２８個のレーザ光源アレイが用いられている。
【０１２１】
このような構成である場合でも、上記した条件式（６）が満たされることで、第２の光学系７１２による集光の精度を向上させることができる。なお本実施形態では、焦点距離ｆＭは５５．６２０であり、焦点距離ｆｍは８．３７８である。
【０１２２】
図４３は、図３８に示す第１の光源部７１０を２つ用いた場合の構成例を示す図である。図４３に示すように、第１及び第２の光学系７１１及び７１２を１つの組とした集光光学系７１７が、蛍光体層７５１を通る軸Ａを対称にした２つの位置にそれぞれ配置されている。これによりレーザ光源７０５の数を増加させることが可能となり、出射される白色光の高輝度化を図ることができる。
【０１２３】
例えば第２の反射部材７２５の位置等を適宜設定することで、複数の集光光学系７１７を配置するための最適な構成を実現することができる。なお、図４３に示す２つの第２の凹面反射面７２４Ａ及び７２４Ｂはともに球面である。例えば１つの球面からなる凹面反射面７２６が、２つの第２の凹面反射面７２４Ａ及び７２４Ｂの代わりに用いられてもよい。
【０１２４】
本実施形態のように、１つの集光光学系に１つの第２の凹面反射面７２４が用いられる場合、集光光学系７１７ごとの調整が容易に可能となる。なお、複数の第２の凹面反射面７２４のそれぞれの位置や配置角度等を適宜調整可能な調整機構が用いられてもよい。これは第２の光学系７１２に含まれる光学部材が第２の反射部材７２５である場合に限られない。
【０１２５】
すなわち、第１の光学系と、反射部材（第１の反射部材）と光学部材（第２の反射部材）とを含む第２の光学系とが組みになった集光光学系が複数配置されるとする。この場合に、複数の光学部材の位置や配置角度等を調整できる調整機構が用いられてよい。これにより複数の集光光学系を容易に配置することが可能となる。
【０１２６】
調整機構の構成は限定されない。例えば光学部材を保持する保持機構や当該保持機構を回転させたり移動させたりするガイド機構等が適宜用いられてよい。調整機構により光学部材が適正な位置に調整されて固定されてもよい。またアクチュエータ等を用いて、光源装置の動作中に光学部材の位置を調整可能な構成が採用されてもよい。
【０１２７】
＜第８の実施形態＞
本技術に係る第８の実施形態の光源装置について説明する。図４４及び図４５は、本実施形態に係る第１の光源部８１０の構成を示す図である。図４６は、複数のレーザ光源８０５の数及び配置位置を示す図である。図４７及び図４８は、第１の光源部８１０に関する各データを示す表である。
【０１２８】
図４６に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源８０５として、ｘ軸方向に４つ並び、ｙ軸方向に３つ並び、中心の２つ分が空いている合計１０個のレーザ光源アレイが用いられる。図４４に示すように、この複数のレーザ光源８０５の対向する位置に凹面反射面８２１を有する反射部材８２０が配置される。反射部材８２０は、複数のレーザ光源８０５に比較的近い位置に、複数のレーザ光源８０５を覆うようにして配置される。
【０１２９】
図４５に示すように、１０個のレーザ光源８０５の略中心の空いている位置には、光学部材として凸面反射面８２４を有する凸面反射部材８２５が配置される。凸面反射部材８２５は、複数のレーザ光源８０５よりも凹面反射面８２１に近い位置に配置される。
【０１３０】
凸面反射部材８２５は、凸面反射面８２４が凹面反射面８２１と対向するように配置される。凹面反射面８２１の略中央には開口８２７が形成されており、その開口８２７の向こう側（凹面反射面８２１の反対側）に、蛍光体層８５１上の所定の集光ポイント８６０が設定されている。
【０１３１】
複数のレーザ光源８０５が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は凹面反射面８２１により凸面反射部材８２５に向けて反射される。そして凸面反射面８２４により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口８２７を通って集光ポイント８６０に集光される。
【０１３２】
図４７の表において、第２の光学系８１２の焦点距離ｆ２は、反射部材８２０及び凸面反射部材８２５を含む光学系の焦点距離である。本実施形態では、凹面反射面８２１の焦点距離ｆＭは１１．０２５であり、凸面反射部材８２５の焦点距離ｆｍは−４．２８５である。これらの部品を図４４に示すように配置することで、第２の光学系８１２の焦点距離ｆ２は、３７．４９４となっている。
【０１３３】
面Ｓ６は、非球面で形成された凸面反射面８２４である。図４８の表には、面Ｓ６の非球面のデータが記載されている。このように光学部材として凸面反射部材８２５を適宜用いることでも、第１の光源部８１０を小型にすることが可能となる。この結果、光源装置の大型化を抑えることができる。また第１の光源部８１０を複数配置することにも有利である。
【０１３４】
光学部材が凸面反射面８２４を有する場合に、その光学部材の焦点距離が以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。
−５０＜ｆＭ／ｆｍ＜−０．５・・・（７）
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離（凸面反射面の焦点距離）
【０１３５】
条件式（７）は、凹面反射面８２１の焦点距離と凸面反射面８２４の焦点距離とを適切に規定するものである。条件式（７）の上下限が満たされない場合、凸面反射面８２４のパワーが大きくなりすぎて、集光の精度が低下してしまう可能性がある。従って条件式（７）を満たすように焦点距離を適宜設定することで、青色レーザ光Ｂ１を所期の集光ポイントに高い精度で集光させることができる。
【０１３６】
なお種々の条件により、条件式（７）に示す範囲内に含まれる、より小さい範囲が有効な範囲として成立することも考えられる。
【０１３７】
＜第９の実施形態＞
本技術に係る第９の実施形態の光源装置について説明する。図４９及び図５０は、本実施形態に係る第１の光源部９１０の構成を示す図である。図５１は、複数のレーザ光源９０５の数及び配置位置を示す図である。図５２及び図５３は、第１の光源部９１０に関する各データを示す表である。
【０１３８】
本実施形態に係る第１の光源部９１０は、第８の実施形態の第１の光源部８１０と略同様の構成となっている。第１の光源部８１０との主な差異は、複数のレーザ光源９０５の数である。それに伴い図５２及び図５３に示すデータ値も異なるものとなっている。
【０１３９】
図５１に示すように、本実施形態では、複数のレーザ光源９０５として、ｘ軸及びｙ軸方向のそれぞれに３つ並び中心が空いている合計８個のレーザ光源アレイが用いられる。そして図４９及び図５０に示すように、８個のレーザ光源９０５の略中心の位置に凸面反射部材９２５が配置される。
【０１４０】
複数のレーザ光源９０５が配置される面の法線方向（ｚ軸方向）に沿って略平行光束の青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は第１の凹面反射面９２１により凸面反射部材９２５に向けて反射される。そして凸面反射面９２４により青色レーザ光Ｂ１は反射され、開口を通って集光ポイント９６０に集光される。
【０１４１】
このような構成である場合でも、上記した条件式（７）が満たされることで、第２の光学系９１２による集光の精度を向上させることができる。なお本実施形態では、焦点距離ｆＭは７．６７０であり、焦点距離ｆｍは−８．２７８である。
【０１４２】
図５４は、第１の実施形態から第９の実施形態におけるデータを示す表である。図５４の表に示すように、各実施形態において、条件式（１）−（７）が満たされていることが分る。
【０１４３】
＜第１０の実施形態＞
本技術に係る第１０の実施形態の光源装置について説明する。図５５は、本実施形態に係る第１の光源部の構成を示す図である。図５５に示すように、本実施形態では、第１の光源部１０１０が４つ配置される。第１の光源部１０１０は、第１及び第２の光学系を１０１１及び１０１２つの組とした集光光学系１０１７を含む。なお第１の光源部１０１０は、第９の実施形態で説明した第１の光源部９１０と略同様の構成を有している。
【０１４４】
４つの第１の光源部１０１０は、図５５に示すｘｙ座標の原点Ｏを中心として対称に配置されている。従って本実子形態では、原点Ｏの位置で紙面に対して垂直方向に延びる軸が所定の基準軸に相当する。第１の光源部１０１０は、略中心の開口１０２７から青色レーザ光Ｂ１を出射して集光する。各第１の光源部１０１０による集光ポイントＡ−Ｄは、ｘｙ座標の原点Ｏを中心として対称の位置となる。
【０１４５】
図５５に示すように、第１の光源部材１０１０Ａ−Ｄの集光ポイントＡ−Ｄの位置は、ｘｙ座標系を用いて、長さｍｍを座標値とすると以下のように表わされる。
集光ポイントＡ  （−１７ｍｍ，１７ｍｍ）
集光ポイントＢ  （１７ｍｍ，１７ｍｍ）
集光ポイントＣ  （−１７ｍｍ，−１７ｍｍ）
集光ポイントＤ  （１７ｍｍ，−１７ｍｍ）
【０１４６】
各集光ポイントから原点Ｏからの距離は互いに等しい。従って集光ポイントＡ−Ｄは、原点Ｏを中心とした直径Φが約４８ｍｍの円の周上に位置している。これら４つの集光ポイントＡ−Ｄが、蛍光体ホイール１０５２に設けられた蛍光体層の所定の位置に合わせられる。
【０１４７】
複数の集光ポイントＡ−Ｄが設定される場合、その複数のポイントで青色レーザ光Ｂ１が集光されるため蛍光体層は高温になる。集光ポイントの数が多くなると、蛍光体層の発光効率が飽和したり、蛍光体層が燃えてしまう場合もある。このような事態を避けるために、蛍光体ホイール１０５２が用いられ、これを高速で回転させることで同じ位置に連続して青色レーザ光Ｂ１が照射されないようにしている。
【０１４８】
ここで図５５に示す蛍光体ホイール１０５２の中心軸であるｘ’ｙ’座標の原点Ｏ’を原点Ｏの位置に合わせた場合を考える。そうすると、蛍光体ホイール１０５２に配置された蛍光体層のうち原点O’を中心とした直径約４８ｍｍの円周上に４つの集光ポイントＡ−Ｄが配置されてしまう。この場合、蛍光体ホイール１０５２を高速で回転させたとしても、その円周上の４つの集光ポイントに青色レーザ光Ｂ１が集光される。すなわち蛍光体層上の１つの円周上に青色レーザ光Ｂ１が集中的に照射されるので、蛍光体の飽和や燃焼が発生してしまう可能性がある。
【０１４９】
従って本実施形態では、原点O’が原点Oの位置からずらされて設定される。これにより、蛍光体ホイール１０５２の配置面に配置された蛍光体層上の、回転軸の位置である原点O’からの距離が互いに異なる４つの位置に、集光ポイントＡ−Ｄが設定される。
【０１５０】
例えば、図５５に示すように、原点Ｏ’が原点Ｏよりもｘｙ座標上で（２．５ｍｍ，−１．５ｍｍ）だけずらされたとする。そうすると、図５６に示すように、集光ポイントＡ−Ｄの位置が、原点Ｏ’から互いに異なる距離に設定される。この状態で蛍光体ホイール１０５２が回転すると、各集光ポイントは原点Ｏ’を中心とした下記に示す円の周上にそれぞれ設定される。
集光ポイントＡ  直径５４ｍｍの円Ｃ1
集光ポイントＢ  直径４７ｍｍの円Ｃ２
集光ポイントＣ  直径４９ｍｍの円Ｃ３
集光ポイントＡ  直径４２．５ｍｍの円Ｃ４
【０１５１】
これにより、蛍光体層上の４つの円周上に、４つの集光ポイントＡ−Ｄを分散して設定することができる。従って、１つの円周上に集中的に青色レーザ光Ｂ１が照射されてしまうこと防ぐことができる。この結果、蛍光体の飽和や燃焼を防止することができる。なお、蛍光体ホイール１０５２上には、上記４つの円Ｃ１−Ｃ４を含む範囲で蛍光体層が配置されているとする。
【０１５２】
蛍光体ホイール１０５２の回転軸Ｏ’から互いに異なる複数の位置に集光ポイントを設定する方法は限定されない。典型的には、本実施形態で説明したように、複数の集光ポイントＡ−Ｄが円周に配置される円の中心Ｏと、蛍光体ホイール１０５２の中心Ｏ’とが一致しないように設定される。かつ中心Ｏを含むｘｙ座標系と、Ｏ'を含むｘ'ｙ'座標系考えたとき、ｘ軸とｘ’軸との変位量と、ｙ軸とｙ’軸との変位量とが一致しないように設定される。
【０１５３】
なお蛍光体層は、蛍光体ホイール１０５２の配置面上の全体に塗布されてもよいし、各集光ポイントＡ−Ｄがなす円Ｃ１−Ｃ４に対応する位置にそれぞれ独立して塗布されてもよい。
【０１５４】
＜第１１の実施形態＞
本技術に係る第１１の実施形態の光源装置について説明する。図５７は、本実施形態に係る光源装置の構成を示す図である。本実施形態に係る光源装置１１００は、第２の光源部１１２０から出射された出射光である白色光Ｗ１の光束を略平行光束にすることが可能な、焦点距離が可変である第３の光学系１１３０を有する。
【０１５５】
図５７では、第１及び第２の光源部１１１０及び１１２０の構成を、図１６に示す第２の実施形態に係る構成と略同様とした。しかしながらこの構成に限定されるわけではなく、他の実施形態で説明した構成等が適宜用いられてよい。
【０１５６】
第３の光学系１０３０は、第２の光源部１１２０から発光する光束を照明システム１５００（図５８参照）に取り込むための光学系である。図５７に示す例では、集光ポイント１１６０を通る軸Ａが第３の光学系１０３０の光軸に合わせられている。蛍光体層の集光ポイント１１６０からは略ランバーシアンで光が発せられ、その発光光束が第３の光学系１１３０で略平行光束にされた後に、照明システム１５００に出射される。
【０１５７】
上記したように第３の光学系１１３０の焦点距離は可変である。例えば第３の光学系１１３０を光軸方向に移動させるフォーカス機構が設けられる。これにより第２の光源部１１２０からの発光源から発光する光束を劣化なく効率的に照明システム１５００に取り込むことが可能となる。
【０１５８】
本実施形態では、２つのレンズ１１３１及び１１３２により第３の光学系１１３０が構成されている。しかしながら第３の光学系１１３０及びフォーカス機構の構成は限定されない。
【０１５９】
なお、上記の各実施形態で例示した各部の具体的形状や図５４の表に示す数値は、本技術を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定されるわけではない。
【０１６０】
＜画像表示装置＞
本実施形態に係る画像表示装置について説明する。ここでは、上記の実施形態で説明した光源装置を搭載可能なプロジェクタを例に挙げて説明する。図５８は、そのプロジェクタの構成例を示す模式的な図である。
【０１６１】
プロジェクタ２０００は、本技術に係る光源装置１２００と、照明システム１５００と、投射システム１７００とを有する。照明システム１５００は、照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子１５１０と、画像生成素子１５１０に光源装置１２００からの出射光を照射する照明光学系１５２０とを有する。投射システム１７００は、画像生成素子１５１０により生成された画像を投射する。
【０１６２】
図５８に示すように、照明システム１５００は、インテグレータ素子１５３０と、偏光変換素子１５４０と、集光レンズ１５５０とを有する。インテグレータ素子１５３０は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第１のフライアイレンズ１５３１、及び、その各マイクロレンズに１つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第２のフライアイレンズ１５３２を含んでいる。
【０１６３】
光源装置１２００からインテグレータ素子１５３０に入射する平行光は、第１のフライアイレンズ１５３１のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第２のフライアイレンズ１５３２における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第２のフライアイレンズ１５３２のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子１５４０に入射光として照射する。
【０１６４】
インテグレータ素子１５３０は、全体として、光源装置１２００から偏光変換素子１５４０に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。
【０１６５】
偏光変換素子１５４０は、インテグレータ素子１５３０等を介して入射する入射光の、偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子１５４０は、例えば光源装置１２００の出射側に配置された集光レンズ１５５０等を介して、青色レーザ光Ｂ３、緑色光Ｇ３及び赤色光Ｒ３を含む出射光を出射する。
【０１６６】
照明光学系１５２０は、ダイクロイックミラー１５６０及び１５７０、ミラー１５８０、１５９０及び１６００、リレーレンズ１６１０及び１６２０、フィールドレンズ１６３０Ｒ、１６３０Ｇ及び１６３０Ｂ、画像生成素子としての液晶ライトバルブ１５１０Ｒ、１５１０Ｇ及び１５１０Ｂ、ダイクロイックプリズム１６４０を含んでいる。
【０１６７】
ダイクロイックミラー１５６０及び１５７０は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。図５８を参照して、例えば、ダイクロイックミラー１５６０が、赤色光Ｒ３を選択的に反射する。ダイクロイックミラー１５７０は、ダイクロイックミラー１５６０を透過した緑色光Ｇ３及び青色光Ｂ３のうち、緑色光Ｇ３を選択的に反射する。残る青色光Ｂ３が、ダイクロイックミラー１５７０を透過する。これにより、光源装置１２００から出射された光が、異なる色の複数の色光に分離される。
【０１６８】
分離された赤色光Ｒ３は、ミラー１５８０により反射され、フィールドレンズ１６３０Ｒを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶ライトバルブ１５１０Ｒに入射する。緑色光Ｇ３は、フィールドレンズ１６３０Ｇを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶ライトバルブ１５１０Ｇに入射する。青色光Ｂ３は、リレーレンズ１６１０を通ってミラー１５９０により反射され、さらにリレーレンズ１６２０を通ってミラー１６００により反射される。ミラー１６００により反射された青色光Ｂ３は、フィールドレンズ１６３０Ｂを通ることによって平行化された後、青色光の変調用の液晶ライトバルブ１５１０Ｂに入射する。
【０１６９】
液晶ライトバルブ１５１０Ｒ、１５１０Ｇ及び１５１０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源（例えばＰＣ等）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ１５１０Ｒ、１５１０Ｇ及び１５１０Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像及び青色画像を生成する。変調された各色の光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム１６４０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム１６４０は、３つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射システム１７００に向けて出射する。
【０１７０】
投射システム１７００は、複数のレンズ１７１０等を有し、ダイクロイックプリズム１６４０によって合成された光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。
【０１７１】
上記の各実施形態でも説明したように、本技術に係る光源装置１２００は、複数のレーザ光源からのレーザ光を集光させるために凹面反射面が用いられる。これにより光源装置の小型化を図ることができる。また第２の光学系に凹面反射面とは別の光学部材を適宜配置させることで、光源部材の構成にバリエーションをもたせることが可能である。
【０１７２】
その結果、例えば図５９及び図６０に示すように、限られたスペースに収納可能なように、本実施形態に係る光源装置１２００を適宜構成することが可能である。図５９に示すプロジェクタ２１００では、出射光の出射方向（長さ方向）に対してサイズが小さい光源装置１２００（図１６の第２の実施形態）が用いられている。図６０に示すプロジェクタ２２００では、出射方向に直交する方向（幅方向）に対してサイズが小さい光源装置１２００（図２７の第４の実施形態）が用いられている。このように光源装置の構成を適宜設定ことができるので、プロジェクタの小型化や、プロジェクタの外形のデザイン性の向上等を図ることが可能となる。
【０１７３】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１７４】
例えば蛍光体層と第１の光源部との間、典型的には、蛍光体ホイールの載置面又はその反対側の面に、ダイクロイックフィルム等の光学素子が配置されてもよい。所定の値よりも小さい入射角で入射する青色レーザ光は透過させ、所定の値よりも大きい入射角で入射する青色レーザ光は反射する。このような光学素子が用いられることで、蛍光体層で反射した青色レーザ光の少なくとも一部（入射角が大きい光）を再び蛍光体層に照射することが可能となる。この結果、青色レーザ光の利用効率を向上させることができる。
【０１７５】
このような光学素子が用いられる場合に、最初に照射される青色レーザ光の入射角度を小さくするために、図１７に示すような凹面レンズが適宜用いられてもよい。これにより最初に照射される青色レーザ光が光学素子により反射されてしまうことを防止することできる。このように、第２の光学系に用いられるレンズ等の光学部材を適宜選択することで、種々の目的を達成することが可能となる。
【０１７６】
図５８に示すプロジェクタでは、透過型液晶パネルを用いて構成された照明システム１５００が記載されている。しかしながら反射型液晶パネルを用いても照明システムを構成することは可能である。画像生成素子として、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。さらには、ダイクロイックプリズム１６４０に代わり、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。
【０１７７】
また上記では、本技術に係る画像表示装置として、プロジェクタ以外の装置が構成されてもよい。また画像表示装置ではない装置に本技術に係る光源装置が用いられてもよい。
【０１７８】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【０１７９】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）所定波長域の光を出射する１以上の固体光源と、
前記１以上の固体光源からの光束を略平行光束にする少なくとも１つの非球面を有する第１の光学系と、
前記１以上の固体光源からの光により励起されて前記光の波長よりも長波長域の可視光を発する１以上の発光体を有し、前記所定波長域の光と前記１以上の発光体からの可視光とを含む光を出射光として出射可能な出射部と、
少なくとも１つの凹面反射面を有し、前記第１の光学系により前記略平行光束にされた前記１以上の固体光源からの光を前記凹面反射面により反射することで、前記出射部が有する前記１以上の発光体に集光する第２の光学系と
を具備する光源装置。
（２）（１）に記載の光源装置であって、
前記第１及び前記第２の光学系は、以下の式を満たす焦点距離をそれぞれ有する
光源装置。
１＜ｆ２／ｆ１＜８０
ｆ１：第１の光学系の焦点距離
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
（３）（１）又は（２）に記載の光源装置であって、
前記少なくとも１つの凹面反射面は、以下の式を満たす回転対称非球面である
光源装置。
−１．５＜Ｋｍ＜−０．５
Ｋｍ：凹面反射面のコーニック定数
（４）（１）又は（２）に記載の光源装置であって、
前記少なくとも１つの凹面反射面は、回転対称軸を有さない自由曲面である
光源装置。
（５）前記（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記第２の光学系は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ導く光学部材を有する
光学装置。
（６）（５）に記載の光学装置であって、
前記光学部材は、以下の式を満たす焦点距離を有する
光源装置。
−２００＜ｆ２／ｆｍ＜２００
ｆ２：第２の光学系の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
（７）（５）又は（６）に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、レンズであり、以下の式を満たす焦点距離を有する
光学部材。
−１００＜ｆＭ／ｆｍ＜１００
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：レンズの焦点距離
（８）（５）又は（６）に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、前記第１の光学系が有する凹面反射面を第１の凹面反射面として、前記第１の凹面反射面とは異なる第２の凹面反射面を有し、以下の式を満たす焦点距離を有する
光学部材。
０．５＜ｆＭ／ｆｍ＜５０
ｆＭ：第１の凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
（９）（５）又は（６）に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、凸面反射面を有し、以下の式を満たす焦点距離を有する
光学部材。
−５０＜ｆＭ／ｆｍ＜−０．５
ｆＭ：凹面反射面の焦点距離
ｆｍ：光学部材の焦点距離
（１０）（５）に記載の光源装置であって、
前記光学部材は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ反射する平面反射面を有する
光学装置。
（１１）（１０）に記載の光源装置であって、
前記平面反射面は、前記発光体が配置される配置面に平行な状態を０°として、その状態から所定の回転軸を中心に前記凹面反射面に向かう回転方向を正として、以下の式を満たす回転角度で配置される
光源装置。
０°＜Ａｍ＜６０°
Ａｍ：平面反射面の回転角度
（１２）前記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記第１及び前記第２の光学系を１つの組とした集光光学系が、前記発光体の位置を基準とした所定の基準軸を対称として複数配置される
光源装置。
（１３）（１２）に記載の光源装置であって、
前記第２の光学系は、前記凹面反射面により反射された前記１以上の固体光源からの光を、前記発光体へ導く光学部材を有し、
前記光源装置は、さらに、前記集光光学系ごとに含まれる前記光学部材の配置を調整する調整機構を
具備する光源装置。
（１４）前記（１）から（１３）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記出射部は、前記発光体が配置される配置面を含み前記配置面に垂直な方向に延びる所定の回転軸を中心に回転する回転ホイールを有し、
前記第２の光学系は、前記回転ホイールの配置面に配置された前記発光体上の、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の位置に、前記第１の光学系からの光を集光させる
光学装置。
（１５）前記（１）から（１４）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、さらに、
前記出射部から出射された前記出射光の光束を略平行光束にすることが可能であり、焦点距離が可変である第３の光学系を
具備する光源装置。
【符号の説明】
【０１８０】
Ｂ１…青色レーザ光
Ｇ２…緑色光
Ｒ２…赤色光
ｆ１…第１の光学系の焦点距離
ｆ２…第２の光学系の焦点距離
ｆＭ…凹面反射面の焦点距離
ｆｍ…光学部材の焦点距離
Ｋｍ…凹面反射面のコーニック定数
Ａｍ…平面反射面の回転角度
Ｗ１…白色光
５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５、７０５、８０５、９０５…レーザ光源
１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１１１０…第１の光源部
１１、２１１、４１１、７１１…第１の光学系
１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２…第２の光学系
１５、２１５…コリメータレンズ
２０、２２０、３２０、４２０、５２０、７２０、８２０…反射部材
２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、８２１、９２１…凹面反射面
５０、１１２０…第２の光源部
５１、２５１、３５１、４５１、５５１、７５１、８５１…蛍光体層
５２、１０５２…蛍光体ホイール
１００、１１００、１２００…光源装置
２１７、４１７、１０１７…集光光学系
２２４…平面反射面
２２５…平面反射部材
３２５…凹面レンズ
４２５…凹面レンズ
５２４、６２４、７２４…第２の凹面反射面
５２５、６２５、７２５…第２の反射部材
８２４、９２４…凸面反射面
８２５、９２５…凸面反射部材
１１３０…第３の光学系
１５００…照明システム
１５１０…画像生成素子
１５２０…照明光学系
１７００…投射システム
２０００、２１００、２２００…プロジェクタ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2014082144.tif 000029
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2014082144.tif 000040
【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
2014082144.tif 000058
【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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