(57)【要約】  励起光により蛍光体を励起して蛍光光を発光させる光源を使用する場合、励起光の励起光源への入射を低減することにより、励起光の出力を増大させ、長寿命化を実現した光源装置を提供する。  当該光源装置は、励起光を発光する複数の励起光源（５ａ、５ｂ、５ｃ）と、励起光を蛍光光に変化させる蛍光体（３）と、ダイクロイックミラー（７）と、励起光を蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズ（４）と、を備え、複数の励起光源（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）が、集光レンズ（４）の中心に対して非対称に入射するよう配置される。更に、蛍光体（３）から反射した非変換励起光（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）の光路上にミラー（９ａ、９ｂ、９ｃ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を設置し、蛍光体側に戻すことによって、再度励起光として利用することができる。
2013047542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発光する複数の励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を透過し前記蛍光光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記複数の励起光源は、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が、前記集光レンズの中心に対して非対称に入射するよう配置される、光源装置。
【請求項２】
励起光を発光する複数の励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を反射し前記蛍光光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを反射した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記複数の励起光源は、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が、前記集光レンズの中心に対して非対称に入射するよう配置される、光源装置。
【請求項３】
前記各々の励起光は、前記集光レンズの中心を原点とする４つの象限の全ての象限から前記励起光照射領域に入射する、請求項１又は２記載の光源装置。
【請求項４】
前記励起光照射領域を中心として、前記各々の励起光のうち任意の励起光の、前記励起光照射領域への入射角を仰角θとした場合、
θ≠０
を満足する、請求項１乃至３何れか一に記載の光源装置。
【請求項５】
前記励起光照射領域を中心として、前記各々の励起光のうち第１の励起光の、前記励起光照射領域への入射角を仰角θm、方位角φmとし、前記第１の励起光とは異なる第２の励起光の前記励起光照射領域への入射角を仰角θn、方位角φnとした場合、
θm−２°≦θn≦θm＋２°  かつ  φm＋１７８°≦φn≦φm＋１８２°
が成立する励起光のペアを１つも有さない、請求項１乃至４何れか一に記載の光源装置。
【請求項６】
前記励起光源は固体発光素子である、請求項１乃至５何れか一に記載の光源装置。
【請求項７】
励起光を発光する励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を透過し前記蛍光光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記励起光源は、当該励起光源から出射した励起光が前記励起光照射領域に入射し蛍光光に変換されずに反射した場合、当該変換されなかった非変換励起光が当該励起光源に入射しないように配置されている、光源装置。
【請求項８】
励起光を発光する励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を反射し前記蛍光光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを反射した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記励起光源は、当該励起光源から出射した励起光が前記励起光照射領域に入射し蛍光光に変換されずに反射した場合、当該変換されなかった非変換励起光が当該励起光源に入射しないように配置されている、光源装置。
【請求項９】
前記非変換励起光を前記励起光照射領域の方向へ反射する反射ミラーを更に備える、請求項７又は８記載の光源装置。
【請求項１０】
前記励起光源からの射出光の発散角が一様でなく、当該励起光源からの射出光の発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が垂直であり、
当該励起光源からの射出光の発散角の最大となる方向と、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光がその軸に対して非対称である少なくとも一つの軸方向が、垂直になるように配置されている、請求項１乃至９何れか一に記載の光源装置。
【請求項１１】
励起光源から射出した励起光を略平行にするコリメートレンズを備え、
前記励起光源からの射出光の発散角が一様でなく、当該励起光源からの射出光の発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が略垂直であり、
当該励起光源からの射出光の発散角の最大となる方向と、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光がその軸に対して非対称である少なくとも一つの軸方向が、平行になるように配置されており、
前記コリメートレンズを通過後に、当該励起光源からの射出光の発散角の最大となる方向の、複数の励起光の光束間の隙間が、当該コリメートレンズを通過後の、平行になった励起光の、発散角の最大となる方向の光束幅よりも大きくなるように、当該励起光源と当該コリメートレンズが配置されている、請求項１乃至９何れか一に記載の光源装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１何れか一に記載の光源装置と、
映像表示素子と、
前記光源装置からの光を前記映像表示素子に照射する複数の光学素子を有する照明光学系と、
前記映像表示素子で形成された光学像を拡大して投影する投写レンズと、を備える、投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において、固体光源から射出する可視光を高効率で発光する光源装置が提案されている(特許文献１参照)。特許文献１では、複数の青色励起光源から出射した光を、回転制御可能な円形状の基材に配置された蛍光体に照射し、高効率な蛍光光を発光させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によれば、蛍光体に入射した励起光の内、蛍光光に変換されなかった非変換励起光が照明光学系側に入射しないことは記載されているが、非変換励起光が励起光源に入射し、励起光源の出力低下、寿命低下を招く点については、考慮されていない。【０００５】
そこで、本発明の目的は、励起光源の出力と寿命を改善した光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。当該光源装置は、励起光を発光する複数の励起光源と、励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、を備え、複数の励起光源は、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が、蛍光体上の励起光照射領域に対して非対称に入射するよう配置される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、励起光源の出力と寿命を改善した光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の光源装置の一部を示す図。
【図２】実施例２の光源装置の一部を示す図。
【図３】投写型映像表示装置の光学系の概略構成図。
【図４】実施例１の課題と考えられる光源装置の一部を示す図。
【図５】実施例３の光源装置の一部を示す図。
【図６】実施例４の光源装置の一部を示す図。
【図７】実施例５の光源装置の一部を示す図。
【図８】実施例６の課題と考えられる光源装置の一部を示す図。
【図９】実施例６の光源装置の一部を示す図。
【図１０】図９の変形例を示す図。
【図１１】実施例７の課題と考えられる光源装置の一部を示す図。
【図１２】実施例７の光源装置の一部を示す図。
【図１３】実施例７の光源装置の一部を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施例について、図を参照しながら説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付して、一度説明したものについては、その説明を省略する。まず、本実施例の課題と考えられる光源装置について説明する。
【００１０】
図４は、実施例１の課題と考えられる光源装置の一部を示す図であり、図４(Ａ)は構成説明図、図４(Ｂ)は蛍光体への励起光入射角度を示す図、図４(Ｃ)(Ｄ)は、課題となる励起光の励起光源への入射の原理を示す構成説明図である。ここで、ローカル右手直角座標系を導入しておく。図４において、反射ミラーで反射後の励起光の進行方向をＺ軸、Ｚ軸に直交する面内で紙面に平行な軸をＸ軸、紙面裏から表に向かう軸をＹ軸とする。
【００１１】
図４(Ａ)において、固体発光素子からなる励起光源を複数含む励起光源群５から射出した励起光群５０は、コリメートレンズ群６により略平行光となり、反射ミラー８で反射し、ダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７は励起光の波長域を透過し、蛍光光の波長域を反射する特性を持つ。そこで、励起光群５０は、ダイクロイックミラー７を透過し、集光レンズ４を透過後、蛍光体３が塗布された円盤１に入射する。集光レンズ４の曲率は、入射した平行光が円盤１の励起光照射領域３０に集光するように設定されている。
【００１２】
円盤１は、回転素子２を中心軸とする回転制御可能な円形状の基材である。蛍光体から発生する熱を逃がすために、基材としては金属が望ましい。この場合、励起光群５０により励起された円盤１上の蛍光体３は、全方位に蛍光光６０を射出するが、基材の方向に射出した蛍光光６０は、金属面で反射する。従って、全ての蛍光光６０が集光レンズ４の方向に射出される。その内、集光レンズ４を透過した蛍光光６０は、略平行光となり、ダイクロイックミラー７で反射して、図示されない照明光学系側に入射する。図面上では、蛍光体３と集光レンズ４の間隔が大きいが、実際は、集光レンズ４を蛍光体３の近傍に配置することで、ほぼ全ての蛍光光６０を、集光レンズ４で捕獲できる。ここで、励起光照射領域３０を通過し、Ｚ軸に平行な軸を光軸１００とすると、励起光源群５から射出した励起光群５０は、光軸１００に対して対称に、蛍光体３上の励起光照射領域３０に入射する。
【００１３】
図４(Ｂ)において、各励起光源５ａ、５ｂ、５ｃから発生した各励起光５０ａ、５０ｂ、５０ｃの、光軸１００に対する励起光照射領域３０への入射角を各々、θａ、θｂ、θｃとすると、励起光は光軸１００に対称に入射するため、数１が成り立つ。
θａ＝θｃ、θｂ＝０・・・(数１)
図４(Ｃ)において、励起光源群５の内、励起光源５ａから射出した励起光５０ａは前述した光路で励起光照射領域３０に入射角θａで入射する。励起光５０ａの一部は蛍光光に変換されず、非変換励起光５１ａとして、蛍光体３で主に光軸１００と対称な方向(出射角θａ)に正反射する。数１より、θａ=θｃのため、非変換励起光群５１ａは、励起光５０ｃの光路上を逆方向に進行し、励起光源５ｃに入射する。即ち、励起光源５ａに起因する非変換励起光５１ａにより、励起光源５ｃの出力低下や寿命低下が発生する。
【００１４】
同様に、励起光源５ｃから射出した励起光５０ｃのうち、蛍光体３で蛍光光に変換されない非変換励起光５１ｃは、励起光源５ａに入射し、励起光源５ａの出力低下や寿命低下が発生する(図示せず)。
【００１５】
図４(Ｄ)において、励起光源群５の内、励起光源５ｂから射出した励起光５０ｂは前述した光路で励起光照射領域３０に入射する。励起光５０ｂの一部は蛍光光に変換されず、非変換励起光５１ｂとして蛍光体３で反射する。励起光５０ｂの励起光照射領域３０への入射角はθｂ＝０のため、非変換励起光５１ｂは、光軸１００と同一軸方向に正反射し、励起光５０ｂの光路上を逆方向に進行し、励起光源５ｂに入射する。即ち、励起光源５ｂの非変換励起光５１ｂにより、励起光源５ｂの出力低下や寿命低下が発生する。
【００１６】
以上のように、図４においては、複数の励起光源群から射出した励起光のうちの非変換励起光が、励起光源群に入射し、発光素子の温度上昇等が発生し、励起光源の出力低下や寿命低下を招く、という課題を有する。
【００１７】
次に、実施例１について説明する。図１は、実施例１の光源装置の一部を示す図である。図１(Ａ)は構成説明図、図１(Ｂ)(Ｃ)(Ｄ)は、課題となる励起光の励起光源への入射に対する、改善策を示す構成説明図である。ローカル右手直角座標系の定義は、図４と同一である。
【００１８】
図１(Ａ)において、励起光源群５から射出した励起光が蛍光光に変換され、照明光学系側に入射する点については図４の説明と同様である。但し、本実施例においては、励起光源群５から射出した励起光群５０が光軸１００に対して非対称に蛍光体３上の励起光照射領域３０に入射するように、励起光源群５が配置されている。即ち、各励起光源５ａ、５ｂ、５ｃから発生した各励起光５０ａ、５０ｂ、５０ｃの、光軸１００に対する励起光照射領域３０への入射角を各々、θａ、θｂ、θｃとすると、数２が成り立つ。
θａ≠θｂ≠θｃ、θｃ≠θａ(θａ≠０、θｂ≠０、θｃ≠０)・・・(数２)
図１(Ｂ)において、励起光源群５の内、励起光源５ａから射出した励起光５０ａは図４において説明したのと同様の光路で励起光照射領域３０に入射する。そのうち、一部の励起光は蛍光光に変換されず、非変換励起光５１ａとして、蛍光体３上で、主に光軸１００と対称な方向に正反射する。数２より、非変換励起光５１ａは、励起光５０ｂ、励起光５０ｃと重ならない光路上を進行し、集光レンズ４で光軸１００に対して略平行となり、ダイクロイックミラー７を透過し、反射ミラー８側に入射する。従って、非変換励起光５１ａは、反射ミラー８ｂ、８ｃの間を通過するか、もしくは、反射ミラー８で反射しても、励起光源５ｂ、５ｃの間を通過するため、励起光源群５へは入射しない。
【００１９】
図１(Ｃ)において、励起光源群５の内、励起光源５ｂから射出した励起光５０ｂは前述したのと同様の光路で励起光照射領域３０に入射する。そのうち、一部の励起光は蛍光光に変換されず、非変換励起光５１ｂとして、蛍光体３で、主に光軸１００と対称な方向に正反射する。数２より、非変換励起光５１ｂは、励起光５０ａ、励起光５０ｃと重ならない光路上を進行し、集光レンズ４で光軸１００に対して略平行となり、ダイクロイックミラー７を透過し、反射ミラー８側に入射する。従って、非変換励起光５１ｂは、反射ミラー８ａ、８ｂの間を通過するか、もしくは、反射ミラー８で反射しても、励起光源５ａ、５ｂの間を通過するため、励起光源群５へは入射しない。
【００２０】
図１(Ｄ)において、励起光源群５の内、励起光源５ｃから射出した励起光５０ｃは前述したのと同様の光路で励起光照射領域３０に入射する。そのうち、一部の励起光は蛍光光に変換されず、非変換励起光群５１ｃとして、蛍光体３で、主に光軸１００と対称な方向に正反射する。数２より、非変換励起光群５１ｃは、励起光５０ａ、励起光５０ｂと重ならない光路上を進行し、集光レンズ４で光軸１００に対して略平行となり、ダイクロイックミラー７を透過し、反射ミラー８側に入射する。従って、非変換励起光５１ｃは、反射ミラー８ａの外側を通過するか、もしくは、反射ミラー８で反射しても、励起光源５ａの外側を通過するため、励起光源群５へは入射しない。
【００２１】
以上のように、各励起光源５ａ、５ｂ、５ｃから発生した各励起光５０ａ、５０ｂ、５０ｃの内、蛍光光に変換されない各非変換励起光５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、励起光源群５へ入射しないため、励起光源群５の出力や寿命を改善できる。
【００２２】
次に、実施例２について説明する。図２は、実施例２の光源装置の一部を示す図である。ここで、ローカル右手直角座標系を導入しておく。図２(Ａ)において、光軸１００をＺ軸として、Ｚ軸に直交する面内で紙面に平行な軸をＸ軸、紙面裏から表に向かう軸をＹ軸とする(但し、図２(Ｂ)については紙面裏から表向かう軸がＸ軸、図２(Ｃ)(Ｄ)については紙面裏から表に向かう軸がＺ軸となる)。
【００２３】
図２において、励起光源群５はＸ軸方向に３列、ｙ軸方向に２行の励起光源が配置されている。Ｘ軸方向の励起光源群の配列は光軸１００に対称、ｙ軸方向の励起光源群の配列は光軸１００に非対称とする。図２(Ａ)において、励起光源群５から射出した励起光群５０は、図１において説明したのと同様の光路で、蛍光体３上の励起光照射領域３０に入射し、蛍光光６０に変換され、図示しない照明光学系に入射する(簡略化のため、コリメートレンズ群６とダイクロイックミラー７の間の反射ミラー８は省略)。そのうち、励起光群５０の一部が蛍光光に変換されず、非変換励起光として、蛍光体３で反射する。
【００２４】
図２(Ｂ)において、励起光源群５ｕから射出した励起光群５０ｕの内、蛍光体３において、蛍光光に変換されない非変換励起光群５１ｕは、主に光軸１００と対称な方向に正反射し、集光レンズ４で光軸１００に対して略平行となり、ダイクロイックミラー７を透過する。励起光源群５は、励起光群５０の蛍光体３への入射光が光軸１００とは、Ｙ軸方向に対して非対称となる位置に配置されているため、非変換励起光群５１ｕは、励起光源群５ｄの外側を通過する。
【００２５】
又、励起光源群５ｄから射出した励起光群５０ｄの内、蛍光体３において、蛍光光に変換されない非変換励起光群５１ｄは、主に光軸１００と対称な方向に正反射し、集光レンズ４で光軸１００に対して略平行となり、ダイクロイックミラー７を透過する。励起光源群５は、励起光群５０の蛍光体３への入射光が光軸１００とはＹ軸方向に対して非対称となる位置に配置されているため、非変換励起光群５１ｄは、励起光源群５ｕと励起光源群５ｄの間を通過する。
【００２６】
以上のように、各励起光源群５ｕ、５ｄから発生した各励起光群５０ｕ、５０ｄの内、蛍光光に変換されない各非変換励起光群５１ｕ、５１ｄは、励起光源群５へ入射しないため、励起光源群５の出力や寿命を改善することができる。
【００２７】
図２(Ｃ)は、光軸１００の方向(Ｚ軸方向)から、ＸＹ断面を見た投影図である。励起光源群５から射出した励起光群５０の蛍光体３への入射光が、励起光照射領域３０を中心として、Ｙ軸方向に非対称であるため、非変換励起光群５１は励起光源群５には入射しない。又、励起光群５０は励起光照射領域３０を中心とする４つの象限全ての領域から、励起光照射領域３０へ入射するため、集光レンズ４をコンパクトなサイズに抑えることができる。
【００２８】
図２(Ｄ)は、励起光群５０を、励起光照射領域３０を中心とする４つの象限の内、２つの象限(第１象限、第２象限)から入射した例である。励起光群５０の蛍光体３への入射光が、励起光照射領域３０を中心として、Ｙ軸方向に非対称であるため、非変換励起光群５１の励起光源群５への入射は防ぐことができるが、励起光照射領域３０からＹ軸方向に離れた位置より励起光群５０が励起光照射領域３０に入射するため、集光レンズ４の大型化を招いてしまう。従って、励起光群５０は励起光照射領域３０を中心とする４つの象限全ての象限より入射することが望ましい。
【００２９】
図２(Ｅ)において、非変換励起光群５１の励起光源群５への入射を防ぐための条件を、励起光照射領域３０を中心とする極座標系を用いて表す。Ｚ軸方向からの仰角をθ、ＸＹ座標内での方位角をφとする。励起光群５０がＺ軸方向より入射し、集光レンズ４で、励起光照射領域３０へ、仰角θ、方位角φの入射角で入射する場合、非変換励起光群５１は、仰角θ、方位角φ＋１８０°の射出角で射出する。従って、任意の励起光の入射角を仰角θm、方位角φmとし、別の任意の励起光の入射角を仰角θn、方位角φnとすると、非変換励起光群５１の励起光源群５への入射を防ぐための条件として、数３、又は、数４が成り立つ。
θn≠θm(θm≠０、θn≠０) ・・・(数３)
φn≠φm＋１８０°(θm≠０、θn≠０)・・・(数４)
即ち、仰角又は方位角のどちらかをずらして、お互いの入出射光が重ならないように、励起光群５０を励起光照射領域３０に入射させればよい。励起光源群５から励起光照射領域３０までの距離は充分離れているので、各々の励起光入射角を２度以上ずらせば、非変換励起光群５１の励起光源群５への入射を防ぐことができる。即ち、数５が成立する励起光のペアを、１つも有さなければよい。
θm−２°≦θn≦θm＋２° かつ  φm＋１７８°≦φm≦φm＋１８２°・・・(数５)
次に、実施例３について説明する。図５は、実施例３の光源装置の一部を示す図である。図５（Ａ）のローカル右手直角座標系の定義は図４と同一であるが、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ軸正方向から励起光源群５を見た投影図である。
【００３０】
図５（Ａ）において、構成要素の主な配置は図１と同様であるが、反射ミラー８ａの外側に反射ミラー１０ｃが、反射ミラー８ａと８ｂの間に反射ミラー１０ｂが、反射ミラー８ｂと８ｃの間に反射ミラー１０ａが、励起光源５ａの外側に反射ミラー９ｃが、励起光源５ａと励起光源５ｂの間に反射ミラー９ｂが、そして、励起光源５ｂと励起光源５ｃの間に反射ミラー９ａが配置されている点において異なる。
【００３１】
ここで、非変換励起光群５１が励起光源群５の方向に反射するように、反射ミラー群１０の接線方向は、Ｘ軸をＹ軸方向に対して時計回りに約４５度回転させた方向としている。又、反射ミラー群９は、非変換励起光群５１が進行方向と反対方向に反射するように、非変換励起光群５１の進行方向に対して垂直に配置している。
【００３２】
図１（Ａ）の説明と同様に光路を進行してきた非変換励起光５１ａは、反射ミラー１０ａで反射した後、反射ミラー９ａで反射する。ここで反射して反対方向に進む光を、非変換励起光５１と区別するため、反射非変換励起光５２と称する。
【００３３】
反射非変換励起光５２ａは、非変換励起光５１ａの光路を反対向きに進み、再び励起光照射領域３０に入射する。非変換励起光５１ｂは、反射ミラー１０ｂで反射した後、反射ミラー９ｂで反射する。反射非変換励起光５２ｂは、非変換励起光５１ｂの光路を反対向きに進み、再び励起光入射領域３０に入射する（図示せず）。非変換励起光５１ｃは、反射ミラー１０ｃで反射した後、反射ミラー９ｃで反射する。反射非変換励起光５２ｃは、非変換励起光５１ｃの光路を反対向きに進み、再び励起光入射領域３０に入射する（図示せず）。励起光照射領域３０に入射した反射非変換励起光群５２は、蛍光体３で蛍光光に変換され、照明光学系側に入射する。尚、反射ミラー群１０は、励起光反射用の反射ミラー群８と共用してもよい。
【００３４】
次に実施例４について説明する。図６は、実施例４の光源装置の一部を示す図である。図６（Ａ）のローカル右手直角座標系の定義は図４と同一であるが、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＺ軸正方向から反射ミラー群８、１１を見た投影図である。
【００３５】
図６（Ａ）において、構成要素の主な配置は図１と同様であるが、反射ミラー８ａの外側に反射ミラー１１ｃが、反射ミラー８ａと８ｂの間に反射ミラー１１ｂが、そして、反射ミラー８ｂと８ｃの間に反射ミラー１１ａが配置されている点において異なる。反射ミラー群１１は、非変換励起光群５１が励起光照射領域３０の方向に反射するように、非変換励起光群５１の進行方向に対して垂直に配置されている。
【００３６】
図１（Ａ）の説明と同様に光路を進行してきた非変換励起光５１ａは、反射ミラー１１ａで反射し、反射非変換励起光５２ａとして、非変換励起光５１ａの光路を反対向きに進み、再び励起光照射領域３０に入射する。非変換励起光５１ｂは、反射ミラー１１ｂで反射する。反射非変換励起光５２ｂは、非変換励起光５１ｂの光路を反射向きに進み、再び励起光入射領域３０に入射する（図示せず）。非変換励起光５１ｃは、反射ミラー１１ｃで反射する。反射非変換励起光５２ｃは、非変換励起光５１ｃの光路を反対向きに進み、再び励起光入射領域３０に入射する（図示せず）。励起光照射領域３０に入射した反射非変換励起光群５２は、蛍光体３で蛍光光に変換され、照明光学系側に入射する。
【００３７】
実施例４では、励起光反射用の反射ミラー群８と非変換励起光反射用の反射ミラー群１１をまとめて配置できるため、部品製作上の効率が良く、コストを抑えることができる。
【００３８】
次に実施例５について説明する。図７は、実施例５の光源装置の一部を示す図である。図７の座標系は、図２の座標系と同様である。
【００３９】
図７において、構成要素の主な配置は図２と同様であるが、励起光源群５ｄの外側に反射ミラー１２ｕが、そして、励起光源群５ｕと５ｄの間に反射ミラー１２ｄが、非変換励起光群５１ｕ、５１ｄの進行方向と、それぞれ、垂直に配置されている点において異なる。
【００４０】
非変換励起光群５１ｕ、５１ｄは、それぞれ、反射ミラー１２ｕ、１２ｄに反射して、反射非変換励起光群５２ｕ、５２ｄとして、非変換励起光群５１ｕ、５１ｄの光路を反対向きに進み、再び励起光照射領域３０に入射する。励起光照射領域３０に入射した反射非変換励起光群５２は、蛍光体３で蛍光光に変換され、照明光学系側に入射する。
【００４１】
図７(Ｃ)は、図７（Ａ）のＺ軸正方向から反射ミラー１２を見た投影図である。励起光源群５から射出した励起光群５０の蛍光体３への入射光が、光軸１００を中心として、Ｙ軸方向に非対称であるため、非変換励起光群５１は励起光源群５には入射しない。非変換励起光群５１を捕捉する範囲に反射ミラー群１２を配置することによって、非変換励起光群５１を反射し、反射非変換励起光群５２として、再び蛍光体３に入射させることができる。本配置では、反射ミラー１２の形状はＸ軸方向に細長い短冊形状となる。
【００４２】
図７(Ｄ)は図７（Ａ）のＺ軸正方向から反射ミラー１２を見た投影図であるが、ここでは、励起光群５０を、光軸１００を中心とする４つの象限の内、２つの象限(第１象限、第２象限)から入射させた例を示している。
【００４３】
図２（Ｄ）の説明と同様、本配置では励起光群５０の蛍光体３への入射光が、光軸１００を中心として、Ｙ軸方向に非対称であるため、非変換励起光群５１の励起光源群５への入射は防ぐことはできるが、励起光照射領域３０からＹ軸方向に離れた位置より励起光群５０が励起光照射領域３０に入射するため、図７（Ｃ）と比較すると、集光レンズ４の大型化を招いてしまう。但し、非変換励起光群５１ｄ、５１ｕは光軸１００に対して励起光群５０と対称な２つの象限（第３象限、第４象限）に集まるため、反射ミラー１２は一枚でよい。
【００４４】
尚、図７（Ｃ）（Ｄ）において、非変換励起光群５１を捕捉できる範囲を満たしていれば、反射ミラー群１２は分割されていてもよい。又、反射ミラー群１２のＺ軸方向位置は、ダイクロイックミラー７よりも励起光源群５側であり、かつ、非変換励起光群５１ｄ、５１ｕを捕捉できる位置であればどの位置でもよい。ここでは図２と同様、コリメートレンズ群６とダイクロイックミラー７の間の反射ミラー群８は省略されているが、非変換励起光反射用の反射ミラー群１２は反射ミラー群８よりダイクロイックミラー７側でもよいし、励起光源群５側でもよい。
【００４５】
次に、励起光源として、射出光の発散角が一様でなく、発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が略垂直であるもの、例えば、半導体レーザなどを使用する際の、望ましい実施形態（実施例６、７）について説明する。
【００４６】
図８は実施例６の課題と考えられる光源装置の一部を示す図であり、図８(Ａ)は構成説明図、図８(Ｂ)は励起光源配置と励起光の光束断面形状を示す図、図８(Ｃ)は集光レンズ上での励起光の光束分布を示す図である。図８(Ａ)のローカル右手座標系の定義は図４と同一である。
【００４７】
図８において、励起光源群５にはＸ軸方向に３列、Ｙ軸方向に３列の励起光源が配置されている。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の励起光源群の配列は光軸１００に対して対称とする。図８(Ａ)では、集光レンズ４から先を省略している。
【００４８】
図８(Ｂ)は、コリメートレンズ群６をＺ軸負方向から見た投影図である。励起光源群５とコリメートレンズ群６は、集光レンズ４やダイクロイックミラー７のサイズをコンパクトに抑えるため、励起光源群５又はコリメートレンズ群６の外形の制約から決まる最も密な間隔で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ等間隔に配置されている。励起光源とコリメートレンズの外形が円形である場合、Ｘ軸方向間隔とＹ軸方向間隔は等しくなる。
【００４９】
励起光源群５は、射出光の発散角が一様でなく、発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が略垂直であるため、コリメートレンズ群６によって平行光となった励起光群５０の光束断面形状は、発散角が最大である方向を長軸方向とした略楕円形となる。本図ではＹ軸方向が、励起光群５０の射出光の発散角が最大となる方向と一致するように配置した場合を示している。
【００５０】
図８(Ｃ)は、集光レンズ４をＺ軸負方向から見た投影図である。集光レンズ４上での励起光群５０の分布は、図８(Ｂ)の射出時点のものと同様である。円形の集光レンズ４に対して、長軸がＹ軸方向に一致する楕円形の光束断面形状をもった励起光群５０がＸ軸方向、Ｙ軸方向に等間隔に並ぶため、Ｘ軸方向には、光束の隙間に光束が通過しない領域が多く存在する分布となり、レンズの有効範囲を有効に利用しているとはいえない。
【００５１】
次に、実施例６について説明する。図９は実施例６の光源装置の一部を示す図であり、図９(Ａ)は構成説明図である。ここでは、励起光源群５から射出した励起光群５０の蛍光体３への入射光が、光軸１００を中心として、Ｙ軸方向に非対称であるため、非変換励起光群５１の各光路は励起光群５０の各光路と重ならず、励起光源群５に入射しない位置に戻ってくる。更に、ダイクロイックミラー７より励起光源群５側の、非変換励起光群５１が入射する位置には、非変換励起光群５１と垂直に反射ミラー１３が配置されている。従って、非変換励起光群５１は、反射ミラー１３で反射し、反射非変換励起光群５２として、非変換励起光群５１の光路を反対向きに進み、再び励起光照射領域に入射する（図示せず）。励起光照射領域に入射した反射非変換励起光群５２は、蛍光体で蛍光光に変換され、照明光学系側に入射する（図示せず）。
【００５２】
図９(Ｂ)は、反射ミラー群１３をＺ軸負方向から見た投影図である。非変換励起光群５１は、励起光群５０が蛍光体上で、光軸１００に対して対称に正反射したものであるので、その光束断面形状は、励起光群５０の光束断面形状と合同であり、Ｙ軸方向が長軸方向と一致した楕円となる。
【００５３】
反射非変換励起光群５２は、非変換励起光群５１が、非変換励起光群５１に垂直に配置された反射ミラー群１３上で正反射したものであるので、その光束断面形状は非変換励起光群５１の光束断面形状と合同であり、Ｙ軸方向が長軸方向と一致した楕円となる。本配置では、反射ミラー９の形状はＹ軸方向に細長い短冊形状となる。但し、非変換励起光群５１を捕捉できる範囲を満たしていれば、反射ミラー群１３は分割されていてもよい。
【００５４】
図９(Ｃ)は、集光レンズ４をＺ軸負方向から見た投影図である。集光レンズ４上での励起光群５０の分布は、図９(Ｂ)の射出時点のものと同様である。円形の集光レンズ４に対して、長軸がＹ軸方向に一致する楕円形の光束断面形状をもった励起光群５０がＸ軸方向、Ｙ軸方向に等間隔に並び、Ｘ軸方向の隙間に非変換励起光群５１ａ、５１ｂ、５１ｃとそれに重なる反射非変換励起光群５２ａ、５２ｂ、５２ｃが分布する。励起光と反射非変換励起光がＹ軸方向に交互に並ぶため、光束が通過しない領域は少なく、図８の場合と比べ、レンズの有効範囲を有効利用することができる。
【００５５】
図１０は、図９の変形例を示す図である。ここでは、励起光源群５を、Ｘ軸方向が励起光群５０の射出光の発散角が最大となる方向と一致するように配置した例を示している。図１０（Ａ）は、図９（Ａ）の反射ミラー群１３をＺ軸負方向から見た投影図である。
【００５６】
励起光源５とコリメートレンズ群６は、Ｙ軸方向には励起光源５又はコリメートレンズ群６の外形の制約から決まる最も密な間隔で等間隔に配置されているが、Ｘ軸方向には非変換励起光群５１とそれに重なる反射非変換励起光群５２が通過し、かつ、反射ミラー群１３を配置するための隙間を空ける必要があるため、外形の制約から決まる最も密な間隔より大きい間隔で配置される。これにより、励起光源群５の占める面積が大きくなってしまう。又、本配置では、反射ミラー群１３の形状はＹ軸方向に細長い短冊形状となるが、Ｘ軸方向が非変換励起光群５１とそれに重なる反射非変換励起光群５２の光束断面形状を示す楕円の長軸方向に一致しているため、Ｘ軸方向の幅が大きくなってしまう。
【００５７】
図１０(Ｂ)は、図１０(Ａ)の配置において、集光レンズ４をＺ軸負方向から見た投影図である。集光レンズ４上での励起光群５０の分布は、図１０(Ａ)の射出時点のものと同様である。円形の集光レンズ４に対して、励起光群５０と、非変換励起光群５１と、当該非変換励起光群５１に重なる反射非変換励起光群５２の光束断面形状を示す楕円の長軸方向がＸ軸方向に一致しているため、Ｘ軸方向に必要とされる有効領域が広くなり、集光レンズ４の大型化を招いてしまう。又、Ｙ軸方向には各光束の隙間と、光束範囲の上下に光束が通過しない範囲が多くあり、レンズの有効範囲を有効に利用しているとはいえない。
【００５８】
従って、励起光源群５のＸ軸方向の配列を光軸１００に対して非対称とする場合、各励起光源５からの射出光の発散角が最大となる方向がＹ軸方向に一致するように、励起光源群５を配置した方がよい。即ち、励起光が光軸１００に対して非対称になるように、励起光を光軸に対してずらす軸の方向と、励起光源からの射出光の発散角が最大となる方向が垂直になるように、励起光源を配置することが望ましい。
【００５９】
尚、図９及び１０では、反射ミラー群１３を設置する例を示したが、反射ミラー群１３を設置せず、励起光源の配列を光軸１００に対して非対称にするだけの場合でも、励起光と非変換励起光の光束断面形状と分布は変わらないので、同様のことがいえる。
【００６０】
図１１は実施例７の課題と考えられる光源装置の一部を示す図であり、図１１(Ａ)は構成説明図、図１１(Ｂ)は励起光源配置と励起光の光束断面形状を示す図、図１１(Ｃ)は集光レンズ上での励起光の光束分布を示す図である。ローカル右手座標系の定義は図４と同一である。
【００６１】
図１１において、励起光源群５にはＺ軸方向に３列、Ｙ軸方向に３列の励起光源が配置されている。Ｚ軸方向の励起光源群の配列、Ｙ軸方向の励起光源群の配列は光軸１００に対して対称とする。図１１(Ａ)においても、集光レンズ４から先を省略している。
【００６２】
ここで、コリメートレンズ群６を通過した後の、励起光群５０の各光束間のＹ軸方向の隙間は、励起光群５０の各光束のＹ軸方向の光束の幅よりも小さいものとする。又、反射ミラー群８の法線方向は、Ｘ軸をＹ軸方向に対して時計回りに約４５度回転させた方向を向いているものとする。更に、反射ミラー群８は、励起光群５０が反射した後に、Ｘ軸方向の各光束間の隙間が、Ｘ軸方向の光束の幅より小さくなる程度に、個々の反射ミラーをＺ軸方向にずらして配置されているものとする。その結果、Ｘ軸方向の光束の間隔は、Ｙ軸方向の光束の間隔よりも小さくなる。
【００６３】
図１１(Ｂ)は、コリメートレンズ群６をＸ軸負方向から見た投影図である。励起光源群５とコリメートレンズ群６は、集光レンズ４やダイクロイックミラー７のサイズをコンパクトに抑えるため、励起光源群５又はコリメートレンズ群６の外形の制約から決まる最も密な間隔で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ等間隔に配置されている。励起光源とコリメートレンズの外形が円形である場合、Ｘ軸方向の間隔とＹ軸方向の間隔は等しくなる。
【００６４】
又、励起光源群５は、射出光の発散角が一様でなく、発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が略垂直であるため、コリメートレンズによって平行光となった励起光群５０の光束断面形状は、発散角が最大である方向を長軸方向とした略楕円形となる。本図ではＹ軸方向が、励起光群５０の射出光の発散角が最大となる方向と一致するように配置した場合を示す。
【００６５】
図１１(Ｃ)は、集光レンズ４をＺ軸負方向から見た投影図である。反射ミラー群８は、励起光群５０が反射した後に、Ｘ軸方向の各光束間の隙間が、Ｘ軸方向の光束の幅より小さくなる程度に、個々の反射ミラーをＺ軸方向にずらして配置されているため、集光レンズ４上での励起光群５０の分布は、励起光群５０の間隔が、図８(Ｂ)の射出時点のものよりも小さくなり、Ｘ軸方向の光束通過範囲が小さくなる。よって、反射ミラーを使用しない場合に比べ、集光レンズ４のサイズを小さくすることができる。又、円形の集光レンズ４に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向それぞれに隙間の小さい分布とすることができるので、レンズの有効範囲を有効に利用することができる。
【００６６】
しかし、本配置において、非変換励起光群５１が励起光源群５に入射することによる励起光源群５の出力低下や寿命低下を防ぐため、励起光源群５から射出した励起光群５０が光軸１００に対して、Ｘ軸方向に非対称に蛍光体の励起光照射領域に入射するように、励起光源群５を配置したとしても、反射ミラー群８から蛍光体までの範囲では、励起光群５０の各光束間のＸ軸方向の隙間が、励起光群５０のＸ軸方向の光束の幅よりも小さいため、非変換励起光群５１の光束と、励起光群５０の光束が重なってしまい、完全に分離することができない。
【００６７】
又、励起光群５０が光軸１００に対して、Ｙ軸方向に非対称に蛍光体の励起光照射領域に入射するように、励起光源群５を配置したとしても、コリメートレンズ群６から蛍光体までの範囲では、励起光群５０の各光束間のＹ軸方向の隙間は、励起光群５０のＹ軸方向の光束幅よりも小さいため、非変換励起光群５１の光束と、励起光群５０の光束が重なってしまい、完全に分離することができない。従って、非変換励起光群５１の少なくとも一部が、励起光源群５に入射してしまい、励起光源群５の出力低下や寿命低下を招く、という課題を解決することができない。
【００６８】
そこで、反射ミラーを使用して、Ｘ軸方向の光束の間幅を小さくしつつ、非変換励起光の励起光源への戻り光を低減し、かつ、励起光を蛍光光に変換する効率を改善する方法を説明する。
【００６９】
図１２及び１３は、実施例７の光源装置の一部を示す図である。ローカル右手座標系の定義は図４と同一である。図１２及び１３において、励起光源群５にはＺ軸方向に３列、Ｙ軸方向に３列の励起光源が配置されている。励起光源群のＺ軸方向の配列は光軸１００に対して対称、励起光源群のＹ軸方向の配列は光軸１００に対して非対称とする。
【００７０】
図１２(Ａ)において、反射ミラー群８の法線方向は、Ｘ軸をＹ軸方向に対して時計回りに約４５度回転させた方向を向いているものとする。更に、反射ミラー群８は、励起光群５０が反射した後に、Ｘ軸方向の各光束間の隙間が、Ｘ軸方向の光束の幅より小さくなる程度に、個々の反射ミラーをＺ軸方向にずらして配置されているものとする。その結果、Ｘ軸方向の光束の間隔は、Ｙ軸方向の光束の間隔よりも小さくなる。
【００７１】
図１２(Ｂ)は、図１２(Ａ)をＸ軸正方向から見た図である。励起光源群５は、各励起光群５０の蛍光体までの光路が光軸１００を介して、Ｙ軸方向に非対称となるように配置されているため、非変換励起光群５１は励起光群５０の光路と一致しない光路を通り、励起光源群５側に戻ってくる。
【００７２】
図１３(Ａ)は、コリメートレンズ群６をＸ軸負方向から見た投影図である。ここで、励起光源群５０の光束断面形状は、コリメートレンズ群６を通過後のものを示す。励起光源群５とコリメートレンズ群６は、集光レンズ４やダイクロイックミラー７のサイズをコンパクトに抑えるため、励起光源５又はコリメートレンズ群６の外形の制約から決まる最も密な間隔で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ等間隔に配置されている。励起光源とコリメートレンズの外形が円形である場合、Ｘ軸方向間隔とＹ軸方向間隔は等しくなる。
【００７３】
又、励起光源群５は、射出光の発散角が一様でなく、発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が略垂直であるため、コリメートレンズ群６によって平行光となった励起光群５０の光束断面形状は、発散角が最大である方向を長軸方向とした略楕円形となる。本図ではＹ軸方向が、励起光群５０の射出光の発散角が最大となる方向と一致するように配置した場合を示す。但し、本実施例においては、励起光群５０のコリメートレンズ群６通過後の光束幅について、Ｙ軸方向の光束間にＹ軸方向の光束幅よりも大きな隙間が空く程度に、Ｙ軸方向の光束幅が小さくなるように、励起光源５とコリメートレンズ群６が配置されている。
【００７４】
図１３(Ｄ)に、励起光源の射出位置とコリメートレンズの距離に対する、光束径の変化を示す。発散角θが一定の場合、励起光源の射出位置とコリメートレンズの距離Ｌを小さくし（Ｌ´）、かつコリメートレンズの焦点距離を短くすることで、コリメートレンズ通過後の光束は平行のまま、光束径Ａを小さくする（Ａ´）ことができる。光束断面形状は、励起光源５とコリメートレンズ群６の距離が長い場合と相似で、サイズが小さくなる。従って、コリメートレンズ通過後の励起光は、Ｙ軸方向の光束間にＹ軸方向の光束幅よりも大きな隙間が空いた分布となる。
【００７５】
ここで、励起光群５０のＹ軸方向の光束間には、各励起光のＹ軸方向の光束幅よりも大きい隙間が空いている。又、非変換励起光群５１は、励起光群５０が蛍光体上で、光軸１００に対して対称に正反射したものであるので、その光束断面形状は、励起光群５０の光束断面形状と合同であり、Ｙ軸方向が長軸方向と一致した楕円となる。従って、非変換励起光群５１の光束が励起光群５０の光束と重ならないように、励起光源群５を配置することができる。
【００７６】
更に、ダイクロイックミラー７より励起光源群５側の、非変換励起光群５１ｓ、５１ｔ、５１ｕが入射する位置には、非変換励起光群５１ｓ、５１ｔ、５１ｕと垂直な方向に、反射ミラー１４ｓ、１４ｔ、１４ｕが配置されている。従って、非変換励起光群５１ｓ、５１ｔ、５１ｕは、反射ミラー１４ｓ、１４ｔ、１４ｕで反射し、反射非変換励起光群５２ｓ、５２ｔ、５２ｕとなり、非変換励起光群５１ｓ、５１ｔ、５１ｕと同様の光路を反対向きに進み、再び励起光照射領域に入射する（図示せず）。励起光照射領域に入射した反射非変換励起光群５２は、蛍光体で蛍光光に変換され、照明光学系側に入射する（図示せず）。
【００７７】
図１３(Ｂ)は、集光レンズ４をＺ軸負方向から見た投影図である。反射ミラー群８は、励起光群５０が反射した後に、Ｘ軸方向の各光束間の隙間が、Ｘ軸方向の光束の幅より小さくなる程度に、個々の反射ミラーをＺ軸方向にずらして配置されているため、集光レンズ４上での励起光群５０の分布は、各励起光群のＸ軸方向の間隔が、図１３(Ａ)に示す射出時点のものよりも小さくなり、Ｘ軸方向の光束範囲が小さくなる。
【００７８】
図１３(Ｃ)は、反射ミラー群８、１４をＺ軸負方向から見た投影図である。図１３（Ｂ）同様、反射ミラー群８上での励起光群５０の分布は、各励起光群のＸ軸方向の間隔が、図１３(Ａ)に示す射出時点のものよりも小さくなり、Ｘ軸方向の光束範囲が小さくなる。非変換励起光群５１は、励起光群５０が蛍光体上で、光軸１００に対して対称に正反射したものであるので、その光束断面形状は、励起光群５０の光束断面形状と合同であり、Ｙ軸方向が長軸方向と一致した楕円となる。
【００７９】
又、反射非変換励起光群５２は、非変換励起光群５１が、非変換励起光群５１に垂直に配置された反射ミラー群１４上で正反射したものであるので、その光束断面形状は非変換励起光群５１の光束断面形状と合同であり、Ｙ軸方向が長軸方向と一致した楕円となる。又、励起光群５０の、コリメートレンズ群６通過後のＹ軸方向の光束幅は、Ｙ軸方向の光束間の隙間より小さくなっているので、その隙間に非変換励起光群５２が分布するように、励起光源群５０を配置することができる。本配置では、反射ミラー群１４の形状はＸ軸方向に細長い短冊形状となる。但し、非変換励起光群５１を捕捉できる範囲を満たしていれば、反射ミラー１４は分割されていてもよい。
【００８０】
励起光群５から射出した励起光群５０が光軸１００に対して、Ｙ軸方向に非対称に蛍光体上の励起光照射領域に入射するため、非変換励起光群５１と反射非変換励起光群５２は、励起光群５０のＹ軸方向の隙間に分布する。円形の集光レンズ４に対して、長軸がＹ軸方向に一致する楕円形の光束断面形状をもった励起光群５０と非変換励起光群５１、反射非変換励起光群５２が、Ｙ軸方向に小さな隙間を置いて、交互に並ぶ分布となるので、レンズの有効範囲を有効に利用することができる。
【００８１】
又、図１１(Ｃ)と比較して、励起光群５０のＹ軸方向間隔は同じで、Ｙ軸方向の光束幅が小さくなった分の隙間に、非変換励起光群５１と反射非変換励起光群５２が分布するので、Ｙ軸方向の光束通過領域が大きくなることはなく、集光レンズ４のサイズが大きくなることはない。
【００８２】
従って、Ｙ軸方向が、励起光群５０の射出光の発散角が最大となる方向と一致するように励起光源群５を配置し、かつＹ軸方向の間隔がＸ軸方向の間隔よりも大きい反射ミラーを用いて、蛍光体への入射より以前に、励起光群５０の各光束のＸ軸方向の隙間が、励起光群５０の各光束のＸ軸方向の幅よりも小さくなる程度に、励起光群５０のＸ軸方向の間隔が狭められる場合、励起光群５０が光軸１００に対してＹ軸方向に非対称に蛍光体上の励起光照射領域に入射するように、励起光源群５を配置し、かつコリメートレンズ群６を通過後に、励起光の各光束のＹ軸方向の隙間が、励起光群５０の各光束のＹ軸方向の幅よりも大きくなるように、励起光源５の射出位置とコリメートレンズ群６の距離を短くし、かつコリメートレンズの焦点距離を短くするとよい。
【００８３】
尚、本実施例では、Ｙ軸方向の間隔がＸ軸方向の間隔よりも大きい反射ミラーを用いる場合を示したが、他の方法を用いて、光路の途中で、励起光群５０のＸ軸方向（発散角が最小の方向）の隙間が、Ｘ軸方向の光束幅よりも小さくなる程度に狭められる場合でも同様のことがいえる。又、光路の途中で、励起光群５０のＸ軸方向の隙間が、Ｘ軸方向の光束幅よりも小さくなる程度に狭められる場合以外でも、何らかの理由で、Ｙ軸方向に、非変換励起光と反射非変換励起光が通る隙間を空ける必要がある場合には適用できる。又、励起光源群の配置として、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ等間隔に配置されている例で説明したが、更に最密に配置可能な六方最密構造のような別の配置方法にも適用できることは言うまでもない。
【００８４】
又、本実施例では、励起光源の射出光の発散角が最大となる方向の、複数の励起光の間に、非変換励起光と反射非変換励起光が通る隙間を空けるために、コリメートレンズ変更によって光束幅を狭める場合を示したが、同じ目的のために、励起光源群の射出光の発散角が最大となる方向の間隔を広げてもよい。又、コリメートレンズ変更によって光束幅を狭める方法と、励起光源群の射出光の発散角が最大となる方向の間隔を広げる方法を組み合わせてもよい。但し、励起光源群の射出光の発散角が最大となる方向の間隔を広げた場合、励起光源配置面積の大型化や、光束通過領域が広くなることによる、集光レンズやダイクロイックミラー、反射ミラーの大型化を招くため、コリメートレンズ変更によって光束幅を狭める方が望ましい。
【００８５】
以上のように、実施例３乃至７では、励起光源から発生した励起光の内、蛍光光に変換されなかった非変換励起光は励起光源には入射しない位置に戻ってくるが、その光束を捕捉して反射できるように反射ミラーを配置することで、当該非変換励起光を反射し、反射非変換励起光として再び蛍光体に入射させることができる。これにより、励起光源の出力や寿命を改善しながら、更に蛍光光の光量を増加させることができる。尚、反射非変換励起光のうち蛍光光に変換されない非変換励起光が蛍光体で正反射し、励起光源に入射することになるため、励起光源の出力低下や寿命低下が発生する可能性はあるが、その光量は２回の蛍光体入射後の非変換分であるため、非常にわずかであり、影響はほとんどない。
【００８６】
次に、投写型映像表示装置の光学系について説明する。図３（Ａ）は、図１の光源装置を含む投射型映像表示装置の、光学系の概略構成図である。励起光源群５から射出した青色励起光は、コリメートレンズ群６により略平行となり、反射ミラー８で反射し、ダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７は青色光を透過し、緑色光を反射する特性である。従って、青色励起光はダイクロイックミラー７を透過し、集光レンズ４で集光し、円盤１に集光する。
【００８７】
集光レンズ４の曲率は、入射した平行光が円盤１の１箇所に集光するように設定されている。円盤１は、緑色蛍光体３が塗布され、回転素子２を中心軸とする回転制御可能な円形状の基材である。緑色蛍光体３が励起されることにより生じ、全方位に発光した緑色蛍光光の内、集光レンズ４を透過した緑色光は、光軸１００に略平行となり、ダイクロイックミラー７で反射して、集光レンズ９を透過し、ダイクロイックミラー１０に入射する。ダイクロイックミラー１０は緑色光を透過し、赤色光、青色光を反射する特性である。従って、緑色光はダイクロイックミラー１０を透過し、多重反射素子１７に入射する。集光レンズ９は、多重反射素子１７の入射開口部に集光するような曲率に設定されているため、多重反射素子１７の入射開口面には、励起光照射領域３０の照射形状と相似な形状が形成される。
【００８８】
光源１１は赤色光源である。光源１１を射出した赤色光は、コリメートレンズ１２で平行となり、ダイクロイックミラー１５に入射する。ダイクロイックミラー１５は赤色光を透過し、青色光を反射する特性である。従って、赤色光はダイクロイックミラー１５を透過して、集光レンズ１６を透過し、ダイクロイックミラー１０に入射する。
【００８９】
一方、光源１３は青色光源である。光源１３を射出した青色光は、コリメートレンズ１４で平行となり、ダイクロイックミラー１５に入射する。ダイクロイックミラー１５は赤色光を透過し、青色光を反射する特性である。従って、青色光はダイクロイックミラー１５で反射して、集光レンズ１６を透過し、ダイクロイックミラー１０に入射する。ダイクロイックミラー１０は緑色光を透過し、赤色光、青色光を反射する特性である。従って、ダイクロイックミラー１０に入射した赤色光と青色光は、ダイクロイックミラー１０で反射し、多重反射素子１７に入射する。
【００９０】
集光レンズ１６は、多重反射素子１７の入射開口部に集光するような曲率に設定されているため、多重反射素子１７の入射開口面には、光源１１と光源１３の発光形状と相似な形状が形成される。又、ダイクロイックミラー１５の特性を変更して、光源１１と光源１３の配置位置を変えても構わない。
【００９１】
多重反射素子１７に入射した、赤色光、緑色光、青色光は、多重反射素子１７で複数回反射し、多重反射素子１７の出射開口面では、均一照度分布を有する光となる。多重反射素子１７の出射開口面の形状は、映像表示素子２０と略相似な形状である。集光レンズ１８は、多重反射素子１７の出射開口面に形成された像を、映像表示素子２０上に拡大して結像する曲率に設定されている。従って、多重反射素子１７の出射開口面から射出した赤色光、緑色光、青色光は、集光レンズ１８を透過し、反射ミラー１９で反射後、映像表示素子２０上に均一な照度分布で照射される。
【００９２】
励起光源群５、光源１１、光源１３は応答速度の速い固体発光素子であり、時分割制御が可能である。従って、各色光は、映像表示素子２０により、各色光毎に時分割で変調される。映像表示素子２０で反射された各色光は、投写レンズ２１に入射し、図示していないスクリーン上に投影される。
【００９３】
図３(Ｂ)は、図３（Ａ）とは異なる形態の光源装置を含む投射型映像表示装置の、光学系の概略構成図である。励起光源群５から射出した青色励起光は、コリメートレンズ群６により略平行となり、反射ミラー８で反射し、ダイクロイックミラー７０に入射する。ダイクロイックミラー７０は青色光を反射し、緑色光を透過する特性である。従って、青色励起光はダイクロイックミラー７０を反射し、集光レンズ４で集光し、円盤１に集光する。
【００９４】
集光レンズ４の曲率は、入射した平行光が円盤１の１箇所に集光するように設定されている。円盤１は、緑色蛍光体３が塗布され、回転素子２を中心軸とする回転制御可能な円形状の基材である。緑色蛍光体３が励起されることにより生じ、全方位に発光した緑色蛍光光の内、集光レンズ４を透過した緑色光は、光軸１００に略平行となり、ダイクロイックミラー７０を透過して、集光レンズ９を透過し、ダイクロイックミラー１０に入射する。ダイクロイックミラー１０は緑色光を透過し、赤色光、青色光を反射する特性である。従って、緑色光はダイクロイックミラー１０を透過し、多重反射素子１７に入射する。集光レンズ９は、多重反射素子１７の入射開口部に集光するような曲率に設定されているため、多重反射素子１７の入射開口面には、励起光照射領域３０の照射形状と相似な形状が形成される。以降の光学系は、図３(Ａ)と同一であり、省略する。
【００９５】
本実施例における映像表示素子は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）素子でもよいし、液晶型映像表示素子（液晶パネル）でもよい。
【００９６】
又、本実施例では、蛍光体３を回転させる例を示した。これは、蛍光体を分散して固めるバインダとして、有機のシリコン樹脂等が用いられているため、温度によるバーニングを防ぐ必要があるからである。しかし、無機のバインダを使用するなどして、蛍光体寿命が確保できるのであれば、蛍光体を回転させなくてもよい。
【００９７】
又、本実施例では、励起光源が複数存在する例を示したが、当該励起光源から出射した励起光が励起光照射領域に入射し蛍光光に変換されずに反射した場合、当該非変換励起光が当該励起光源に入射しないように配置されていれば、励起光源は１つであってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１…円盤、２…回転素子、３…蛍光体、４…集光レンズ、５…励起光源群、６…コリメートレンズ群、７…ダイクロイックミラー、８…（励起光反射用の）反射ミラー、３０…励起光照射領域、５０…励起光群、５１…非変換励起光群、５２…反射非変換励起光群、６０…蛍光光、７０…ダイクロイックミラー、９〜１４…（非変換励起光反射用の）反射ミラー
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月16日(2013.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発光する複数の励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を透過し前記蛍光光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記複数の励起光源は、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が、前記集光レンズの中心に対して非対称に入射するよう配置される、光源装置。
【請求項２】
励起光を発光する複数の励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を反射し前記蛍光光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを反射した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記複数の励起光源は、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が、前記集光レンズの中心に対して非対称に入射するよう配置される、光源装置。
【請求項３】
前記各々の励起光は、前記集光レンズの中心を原点とする４つの象限の全ての象限から前記励起光照射領域に入射する、請求項１又は２記載の光源装置。
【請求項４】
前記励起光照射領域を中心として、前記各々の励起光のうち任意の励起光の、前記励起光照射領域への入射角を仰角θとした場合、
θ≠０
を満足する、請求項１乃至３何れか一に記載の光源装置。
【請求項５】
前記励起光照射領域を中心として、前記各々の励起光のうち第１の励起光の、前記励起光照射領域への入射角を仰角θｍ、方位角φｍとし、前記第１の励起光とは異なる第２の励起光の前記励起光照射領域への入射角を仰角θｎ、方位角φｎとした場合、
θｍ−２°≦θｎ≦θｍ＋２°  かつ  φｍ＋１７８°≦φｎ≦φｍ＋１８２°
が成立する励起光のペアを１つも有さない、請求項１乃至４何れか一に記載の光源装置。
【請求項６】
前記励起光源は固体発光素子である、請求項１乃至５何れか一に記載の光源装置。
【請求項７】
励起光を発光する励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を透過し前記蛍光光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記励起光源は、当該励起光源から出射した励起光が前記励起光照射領域に入射し蛍光光に変換されずに反射した場合、当該変換されなかった非変換励起光が当該励起光源に入射しないように配置されている、光源装置。
【請求項８】
励起光を発光する励起光源と、
前記励起光を蛍光光に変化させる蛍光体と、
前記励起光を反射し前記蛍光光を透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを反射した励起光を前記蛍光体上の励起光照射領域に集光させる集光レンズと、を備え、
前記励起光源は、当該励起光源から出射した励起光が前記励起光照射領域に入射し蛍光光に変換されずに反射した場合、当該変換されなかった非変換励起光が当該励起光源に入射しないように配置されている、光源装置。
【請求項９】
前記非変換励起光を前記励起光照射領域の方向へ反射する反射ミラーを更に備える、請求項７又は８記載の光源装置。
【請求項１０】
前記励起光源からの射出光の発散角が一様でなく、当該励起光源からの射出光の発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が垂直であり、
当該励起光源からの射出光の発散角の最大となる方向と、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が前記集光レンズの中心に対して非対称である少なくとも一つの軸方向が、垂直になるように配置されている、請求項１乃至９何れか一に記載の光源装置。
【請求項１１】
励起光源から射出した励起光を略平行にするコリメートレンズを備え、
前記励起光源からの射出光の発散角が一様でなく、当該励起光源からの射出光の発散角が最大となる方向と、発散角が最小となる方向が略垂直であり、
当該励起光源からの射出光の発散角の最大となる方向と、当該複数の励起光源の各々から出射された各々の励起光が前記集光レンズの中心に対して非対称である少なくとも一つの軸方向が、平行になるように配置されており、
前記コリメートレンズを通過後に、当該励起光源からの射出光の発散角の最大となる方向の、複数の励起光の光束間の隙間が、当該コリメートレンズを通過後の、平行になった励起光の、発散角の最大となる方向の光束幅よりも大きくなるように、当該励起光源と当該コリメートレンズが配置されている、請求項１乃至９何れか一に記載の光源装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１何れか一に記載の光源装置と、
映像表示素子と、
前記光源装置からの光を前記映像表示素子に照射する複数の光学素子を有する照明光学系と、
前記映像表示素子で形成された光学像を拡大して投影する投写レンズと、を備える、投写型映像表示装置。
【国際調査報告】
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2013047542.tif 000017
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