JP2010182583A - 光源装置、プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高効率であり、しかも高出力化や広域化、多波長化等に対応可能な光源装置を提供する。
【解決手段】本発明の光源装置１は、第１の光を発する光源１０と、第１の光を反射させて所定の方向に進行させるリフレクター１２と、リフレクター１２から射出された第１の光の光束内に配置され、所定の方向に第２の光を射出する射出体１１と、を含んでいる。射出体１１が第１の光の光束内に配置されているので、第２の光を第１の光と略同一の方向に進行させることができる。第１の光と第２の光とを略同一の被照射領域に導くことが容易になり、光源装置から被照明領域に至る光路における光学系を簡略化することができる。光学系における光の損失を格段に低減することができ、高効率な光源装置になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置、プロジェクターに関する。

大画面の画像を表示可能な装置の１つとしてプロジェクターが知られている。プロジェクターは、光源装置、画像形成装置、投射光学系等を備えている。光源装置から射出された光は画像形成装置により画像に形成され、形成された画像が投射光学系により拡大投射される。これにより、直視型の画像表示装置よりも容易に大画面の画像が得られる。

プロジェクター等において光源装置には、高圧水銀ランプ等のランプ光源や発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する場合がある）等の固体光源が用いられている。光源装置には、エネルギー効率を高めることが期待されている。高効率化を可能にする技術として、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。

特許文献１の反射型発光ダイオード（光源装置）は、反射枠体（凹面鏡）と、凹面鏡に向けて光を発する発光素子（ＬＥＤ）とを含んでいる。ＬＥＤから放射状に発せられた光は、凹面鏡で反射してＬＥＤの射出方向と反対側に射出される。ＬＥＤから発せられた光は、凹面鏡により集光され、そのほとんどが所望の方向に取り出される。したがって、表面実装型発光ダイオードよりも光の利用効率を高めることができ、エネルギー効率を高めることができる。

特開２００４−６４３８号公報

ところで、光量を増やすことや波長域を広げること等の観点から複数の光源を有する光源装置が考案されている。このような光源装置に特許文献１の技術を適用すれば、光の利用効率が良好であり、しかも高出力化や広域化に対応可能になるようにも思われる。しかしながら、実際にエネルギー効率を良好にすることは、以下の理由により難しい。

複数の光源を用いると、光源の位置が互いにずれることにより、光源から射出される光の光軸がずれてしまう。したがって、複数の光を重畳等により合成するため、あるいは複数の光を所定の射出方向に導くためには、複数の光の光軸を調整する光学系が必要になる。このような光学系における光の損失は無視できないほど大きく、しかも光の損失を飛躍的に低減することは期待できない。例えば、２つの光線を通常の合成光学系により合成して得られる光量は、１つの光線の１．４倍程度であり、合成光学系だけで３０％もの損失がある。

また、通常の合成光学系を用いると、光学部品を配置するスペースや光路長を確保するスペース等が必要になり、装置が大型になってしまう。装置の大型化を回避するために、あるいは複数の光源で光軸を近づけるために光源を高集積化すると、光源の放熱性が低くなり光源の駆動温度が上昇してしまう。これにより、光源の発光効率が低下してしまい、エネルギー効率が低下してしまう。

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、高効率であり、しかも高出力化や広域化、多波長化等に対応可能な光源装置を提供することを目的の１つとする。また、光利用効率を高めたことにより低消費電力であり、しかも色域を広げたことによる高品質な画像を表示することが可能なプロジェクターを提供することを目的の１つとする。

本発明の光源装置は、第１の光を発する光源と、前記第１の光を反射させて所定の方向に進行させるリフレクターと、前記リフレクターから射出された第１の光の光束内に配置され、前記所定の方向に第２の光を射出する射出体と、を含んでいることを特徴とする。

このようにすれば、射出体が第１の光の光束内に配置されているので、第２の光を第１の光と略同一の方向に進行させることができる。したがって、第１の光と第２の光とを略同一の被照射領域に導くことが容易になり、光源装置から被照明領域に至る光路における光学系を簡略化することができる。よって、光学系における光の損失を格段に低減することができ、高効率な光源装置になる。また、光学系を簡略化することにより光源装置を小型化することができ、装置コストを下げることもできる。

また、前記射出体が拡散光を射出するものであってもよい。
このようにすれば、リフレクターから射出された第１の光に対して光源や射出体の陰になる領域に、射出体から射出された第２の光をいきわたらせることができ、被照明領域おける照度分布を均一化することができる。

また、前記射出体が、前記所定の方向において前記光源の少なくとも一部と重なるように配置されていることが好ましい。
このようにすれば、所定の方向と直交する面内において射出体や光源の陰になる領域の面積は、射出体が光源に重なる領域の面積だけ小さくなる。したがって、リフレクターで反射した第１の光の取り出し効率が高くなり、光の利用効率が高くなる。また、射出体により遮られる第１の光の光量が減るので、射出体に入射した第１の光により射出体が加熱される程度が低くなり、射出体の耐熱性が高められる。

また、前記リフレクターから射出された第１の光と前記射出体から射出された第２の光とをともに集光又は平行化する集光平行化光学系が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、第１の光や第２の光が拡散することによる光の損失が低減され、光の利用効率が高くなる。また、第１の光と第２の光とを良好に合成することができる。

前記第１の光の波長帯域が、前記第２の光の波長帯域の少なくとも一部と重なっていてもよい。
このようにすれば、第１の光と第２の光とを同時に発せしめることにより、光源装置から取り出される光を高出力化することができる。また、光源のみにより所望の光量を得る構成と比較して、光源を低電力駆動することができるので、光源における発光効率を高めることができ、光源装置のエネルギー効率を高めることができる。

また、前記第１の光の波長帯域が、前記第２の光の波長帯域と重ならなくてもよい。
このようにすれば、光源装置から取り出される光を多波長化することができる。

また、前記光源が発光ダイオードにより構成されているとともに前記射出体が光拡散部材により構成されており、前記光拡散部材に向けて光を射出するレーザーダイオードを含んでいてもよい。この場合には、前記光拡散部材が光学回折格子であり、前記レーザーダイオードの光軸が前記所定の方向と非平行であってもよい。

レーザーダイオードによれば、発光ランプ等に比べて格段に高出力な光が得られる。レーザーダイオードから射出された光は、光拡散部材により拡散されて第２の光になる。第２の光は、発光ダイオードから射出された第１の光と合成されて光源装置から取り出されるので、光源装置から取り出される光が格段に高出力になる。また、１つのレーザーダイオードのみにより所望の出力の光を得る構成と比較して、レーザーダイオードから射出される光の出力を低くすることができる。したがって、レーザー光の取り扱いが容易になり、レーザー光の安全管理に要するコストが低くなる。

また、光拡散部材が回折光学素子であれば、レーザーダイオードから射出された光が回折光学素子で回折して拡散光になる。レーザーダイオードの光軸が所定の方向と非平行であれば、０次回折光が所定の方向と非平行な方向に進行して、第１の光や第２の光から分離される。したがって、光源装置から取り出される光において０次回折光に起因するホットスポット（異常輝点）を生じることが防止される。

また、前記光源が第１の発光ダイオードに構成されているとともに前記射出体が第２の発光ダイオードにより構成されていてもよい。
このようにすれば、光源や射出体が発光ランプにより構成される場合と比較して、光源を長寿命にすることができる。また、発光ダイオードによれば所望の波長帯域の光を選択的に生じさせることができるので、光源装置の用途に対応しない波長帯域の光を生じさせないことができ、エネルギー効率を高めることができる。

本発明のプロジェクターは、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光により画像を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された画像を投射する投射光学系と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光源装置は高効率であり、しかも高出力化や広域化、多波長化等に対応可能であるので、本発明のプロジェクターは低消費電力であり、しかも広色域、かつ高品質な画像を表示することが可能なものになる。

第１実施形態の光源装置を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 第２実施形態の光源装置を示す断面図である。 第３実施形態の光源装置を示す断面図である。 第３実施形態の光源装置の変形例を示す断面図である。 第３実施形態の光源装置の変形例を示す断面図である。 第４実施形態の光源装置を示す断面図である。 第５実施形態の光源装置を示す断面図である。 第６実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 第７実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 第８実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
図１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の光源装置１の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は光源装置１から射出される光の進行方向下流（光軸方向）から光源装置１を観察した平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ１−Ｂ１’線に沿う断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置１は、第１光源（光源）１０、第２光源（射出体）１１、リフレクター１２、支持部１３を含んでいる。リフレクター１２は、凹面状の反射面１２１を含んでいる。支持部１３は、リフレクター１２の開口１２２を架橋して設けられている。第１光源１０は光の放射方向を反射面１２１に向けて配置されており、第１光源１０は支持部１３に当接して設けられている。第２光源１１は、支持部１３おいて第１光源１０と反対側に当接して設けられている。第１光源１０、第２光源１１は、いずれも支持部１３に支持されている。

本実施形態の第１光源１０、第２光源１１は、拡散角を有する光を発するものである。第１光源１０としては、発光ランプやＬＥＤ、エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）等の直接的に拡散光を発する光源、レーザーダイオード（ＬＤ）やスーパーレーザーダイオード（ＳＬＤ）が光拡散部材と組み合わされて光拡散部材を介して拡散光を発する光源等を用いることができる。本実施形態の第１光源１０は、いずれもＬＥＤにより構成されている。第２光源１１から発せられる光の波長帯域の一部が、第１光源１０から発せられる光の波長帯域と重なるようになっている。第１光源１０及び第２光源１１は、発光期間が互いに略一致するように駆動される。第１光源１０の光軸、第２光源１１の光軸は、いずれも光源装置１の光軸１Ａと略一致している。

リフレクター１２は、第１光源１０から発せられた第１の光を反射させて光軸方向（所定の方向）に進行させるものである。反射面１２１の形状が、第１光源１０の位置に焦点を有する放物線を、第１光源１０の光軸を回転軸として回転させた回転放物面の一部になっている。第１光源１０から発せられた光は、反射面１２１で反射するとともに平行化される。反射面１２１で反射した光Ｌ１０は、リフレクター１２の開口１２２を通って射出される。これにより、第１光源１０からの第１の光のほとんどを光軸方向に取り出すことができる。なお、反射面１２１の形状については、光源装置１から取り出す光の配光特性に基づいて適宜選択可能である。例えば、反射面の形状が、自由曲面、略球面、略回転楕円面等の一部であってもよい。

本実施形態の支持部１３は、第１光源１０に対して光軸方向（第１光源１０における反射面１２１の反対側）に配置されており、第１光源１０に当接する当接部１３１を含んでいる。ここでは、当接部１３１の平面形状が略正方形になっており、当接部１３１が第１光源１０全体と平面的に重ね合わされている。当接部１３１は、略角柱状の架橋部１３２、１３３と一体になって支持部１３を構成している。

架橋部１３２は、平面視した当接部１３１の一辺から延びており、リフレクター１２における開口１２２の周辺部１２３と接続されている。架橋部１３３は、前記一辺と対向する辺から架橋部１３２と反対側に延びており、周辺部１２３と接続されている。架橋部１３２、１３３は、延在方向（角柱の軸方向）が互いに略平行になっており、延在方向と直交する方向において互いの位置がずれている。架橋部１３２、１３３は、延在方向と直交する方向における寸法が光軸１Ａに平行な方向における寸法がよりも小さくなっている。これにより、架橋部１３２、１３３の体積に比して、リフレクター１２から架橋部１３２、１３３に光が入射する受光面積を小さくすることができる。

本実施形態の支持部１３は、光反射材料からなっており、リフレクター１２から支持部１３に入射した光をリフレクター１２に向けて反射させるようになっている。支持部１３からリフレクター１２に入射した光は、リフレクター１２で再度反射して光軸方向に取り出される。光反射材料としては、アルミニウム、銅、真鍮、金、銀等の金属材料が挙げられる。これら金属材料は熱伝導率に優れる材質であるので、支持部１３の一部又は全部が金属材料からなっていれば、第１光源１０の熱が後述する冷媒Ｑに良好に放熱される。

支持部１３の内部には、水等の冷媒Ｑを通す流路１４が設けられている。流路１４は、乱流促進部１４１、供給路１４２、排出路１４３を含んでいる。供給路１４２は架橋部１３２の内部に設けられており、排出路１４３は架橋部１３３の内部に設けられている。架橋部１３２、１３３の延在方向が互いにずれており、供給路１４２、排出路１４３の延在方向も互いにずれている。乱流促進部１４１は、当接部１３１の内部に設けられており、供給路１４２及び排出路１４３と連通している。

供給路１４２には、光源装置１の使用時に冷媒供給装置（図示略）から冷媒Ｑが供給される。冷媒供給装置から供給された冷媒Ｑは、供給路１４２を通って乱流促進部１４１に供給された後、排出路１４３を通って排出される。流路１４を通る冷媒Ｑは、供給路１４２と排出路１４３との間、すなわち乱流促進部１４１で流線が曲がることにより乱流が促進される。第１光源１０に生じた熱は、主として当接部１３１を介して乱流促進部１４１における冷媒Ｑに放熱される。乱流促進部１４１において乱流を促進する手法としては、例えば流路１４内にフィンやスタッド等を設ける手法を用いることもできる。

以上のような構成の光源装置１にあっては、第２光源１１が、第１光源１０からリフレクター１２を経て射出される光Ｌ１０の光束の内側に配置されており、第２光源１１が光Ｌ１０と同じ方向（光軸方向）に向けて光を発するようになっている。したがって、第１の光が第２の光と合成されて取り出され、高出力な光が得られる。第１の光の波長帯域の一部が、第２の光の波長帯域と重なっているので、取り出される光全体としての波長帯域が広域化される。例えば、時分割で発光光線に対応した光線を光変調素子で変調することにより、変調された光による画像等の色再現性が高くなる。第１の光を第２の光と合成するための合成光学系を格段に簡略化あるいは省略することができ、合成光学系における光の損失を格段に低減することができる。したがって、光の利用効率が格段に改善され、光エネルギー効率が格段に改善される。

第１光源１０に重なるとともに第２光源１１と重なる部分の流路１４に乱流促進部１４１が設けられており、乱流促進部１４１において冷媒Ｑの乱流が促進されるので、冷却機構を複雑化することなく第１光源１０と第２光源１１とを良好に冷却することができる。冷却機構をシンプルな構成にすることができるので、光源装置１を小型にすることができる。第１光源１０と第２光源１１とを良好に冷却することができるので、第１光源１０の発光効率と第２光源１１の発光効率とを高めることができ、光源装置１を高効率にすることができる。第１光源１０や第２光源１１の駆動電力を高くすると、第１光源１０や第２光源１１の発熱量が増加する。通常であれば、光源の温度上昇に伴って発光効率が低下するので、駆動電力に見合った出力を得ることが難しい。一方、光源装置１にあっては、第１光源１０や第２光源１１を良好に冷却することができるので、発光効率の低下を招くことなく、駆動電力を増加させることができる。したがって、駆動電力の増加分に応じて取り出される光の総光量が増加し、格段に高出力な光が得られる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る光源装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、射出体が回折光学素子により構成されている点、射出体に向けて光を射出するＬＤを含んでいる点、第２の光の波長帯域全体が、第１の光の波長帯域と重なる点である。

図２は、第２実施形態の光源装置２の概略構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、光源装置２は、第１光源１０、リフレクター１２、第２光源２０、回折光学素子（射出体）２１を含んでいる。第２光源２０は、第１実施形態と同様の支持部の当接部１３１（図１（ａ）、（ｂ）参照）に当接しており、当接部１３１に支持されている。第２光源２０は、光軸方向に向けて光Ｌ２０を射出するように配置されている。回折光学素子２１は、第２光源２０の光軸方向において、第１光源１０からリフレクター１２を経て射出される光Ｌ１０の光束の内側に配置されている。

第２光源２０は、例えばＬＤやＳＬＤにより構成される。第２光源２０は、略平行光を射出するものであり、射出する光の波長帯域全体が第１の光の波長帯域と重なるようになっている。第１光源１０及び第２光源２０は、発光期間が互いに略一致するように駆動される。第１光源１０の光軸、第２光源２０の光軸は、いずれも光源装置２の光軸２Ａと略一致している。

回折光学素子２１は、ＣＧＨ等により構成され、第２光源２０から射出された光Ｌ２０を回折させるものである。回折光学素子２１で回折した光Ｌ２１には、回折角が異なる複数のモードの回折光が含まれており、光Ｌ２１全体としての広がり角（拡散角）が光Ｌ２０よりも大きくなる。このように、回折光学素子２１は、光Ｌ２０を拡散して射出するようになっている。光Ｌ２１は、リフレクター１２で反射した光Ｌ１０とともに、光軸方向取り出される。なお、回折光学素子２１に、光Ｌ２０のスポット形状を整形する機能を持たせてもよい。

以上のような構成の光源装置２にあっては、第１実施形態と同様に格段に高出力することや高効率にすることが可能になっている。また、第２光源２０が、ＬＤやＳＬＤ等により構成されているので、第１実施形態よりも高出力な光を取り出すことが可能になっている。また、第２光源２０から射出される光Ｌ２０の波長帯域が、光Ｌ１０の波長帯域の一部になっているので、光源装置２から取り出される光全体としての可干渉性が低下し、スペックルノイズが格段に低減される。また、ＬＥＤ等を併用せずにＬＤのみで同様の総出力を得る構成にする場合に比べて、レーザー光の取り扱いが容易になり、レーザー光の安全管理に要するコストが低くなる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る光源装置の第３実施形態を説明する。第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、第１光源からリフレクターを経て射出される光束の外側に第２光源が配置されている点である。

図３は、第３実施形態の光源装置３の概略構成を模式的に示す断面図である。図３に示すように、光源装置３は、第１光源１０、リフレクター１２、第２光源３０、ミラー３１、回折光学素子（射出体）３２を含んでいる。ミラー３１は、第１実施形態と同様の支持部の当接部１３１（図１（ａ）、（ｂ）参照）に当接しており、当接部１３１に支持されている。回折光学素子３２は、第２実施形態と同様のものであり、ミラー３１の光軸方向に配置されている。

第２光源３０は、略平行光を射出するものであり、射出する光の波長帯域全体が第１光源１０の第１の光の波長帯域と重なるようになっている。第２光源３０は、第１光源１０と発光期間が略一致するように駆動される。第２光源３０は、当接部１３１の光軸方向における光Ｌ１０の光束の外側に配置されており、ミラー３１に向けて光Ｌ３０を射出するようになっている。第２光源３０は、ミラー３１で反射した光Ｌ３０の光軸が光源装置３の光軸３Ａと非平行になるように、配置されている。ここでは、第２光源３０の光軸が、光軸３Ａと非平行になっている。

ミラー３１は、第２光源３０から射出された光Ｌ３０を回折光学素子３２に向けて反射させるものである。本実施形態のミラー３１は、板状の反射部材により構成されており、反射面が光軸３Ａと略直交している。回折光学素子３２に入射した光Ｌ３０は、回折光学素子３２で回折する。回折光のうちの０次回折光は、回折光学素子３２に入射する光Ｌ３０の光軸と略一致する方向に進行して、光Ｌ１０と分離される。０次回折光を除いた回折光Ｌ３２は、光軸方向に進行して光Ｌ１０と合成されて光源装置３から取り出される。

以上のような構成の光源装置３にあっては、第１、２実施形態と同様に格段に高出力することや高効率にすることが可能になっている。また、第２光源３０を第１光源１０と独立した冷却機構により冷却することができ、ＬＤに適した温度管理を行うことが可能になる。また、０次回折光を光源装置３の出力光から分離することができ、０次回折光に起因してホットスポットを生じることが防止される。また、リフレクター１２から射出される光束の内側に第２光源を配置する場合に比べて、第２光源の寸法に対する制約が緩和される。また、リフレクター１２から射出された光の一部が第２光源に遮られることによる光の損失や第２光源の昇温が格段に低減される。
なお、第２光源３０の配置については、以下のように様々な変更が可能である。

図４は、変形例１の光源装置３Ｂの概略構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、光源装置３Ｂは、第３実施形態と異なりミラー３１が配置されていない。光源装置３Ｂにおいて、第２光源３０は、当接部１３１の光軸方向と反対側における光Ｌ１０の光束の外側に配置されている。第ここでは、リフレクター１２に、光Ｌ３０を通す貫通孔１２４が設けられている。第２光源３０から射出された光Ｌ３０は、貫通孔１２４を通って回折光学素子３２に入射する。

図５は、変形例２の光源装置３Ｃの概略構成を模式的に示す断面図である。図５に示すように、光源装置３Ｃにおいて、ミラー３１は、光軸３Ａに対して傾斜して（ここでは略４５度）配置されている。第２光源３０は、ミラー３１に対して光軸３Ａと略直交する方向に配置されている。第２光源３０から射出される光Ｌ３０の光軸は、光軸３Ａと略直交している。光Ｌ３０は、ミラー３１に入射してミラー３１で反射し、光軸が略９０°折れ曲がって回折光学素子３２に入射する。

［第４実施形態］
次に、本発明に係る光源装置の第４実施形態を説明する。第４実施形態が第３実施形態と異なる点は、互いに異なる波長の光を射出する複数（ここでは２つ）のＬＤを含んでいる点、複数のＬＤからの光を反射させるとともに拡散する反射型の光拡散部材４２を含んでいる点である。

図６は、第４実施形態の光源装置４の概略構成を模式的に示す断面図である。図６に示すように、光源装置４は、第１光源１０、リフレクター１２、第２光源４０、第３光源４１、光拡散部材４２を含んでいる。第２光源４０、第３光源４１は、いずれも当接部１３１の光軸方向における光Ｌ１０の光束の外側に配置されている。光拡散部材４２は、当接部１３１の光軸方向に配置されており、当接部１３１に当接して設けられている。

第２光源４０、第３光源４１は、いずれも略平行光を射出するものである。第１光源１０、第２光源４０、第３光源４１は、射出光の波長帯域が互いに重ならないようになっている。ここでは、第１光源１０が緑色光を発するようになっており、第２光源４０が赤色光を、第３光源４１が青色光を、それぞれ射出するようになっている。第１光源１０、第２光源４０、第３光源４１は、発光期間を互いにずらして駆動される。第２光源４０は、光拡散部材４２に向けて光Ｌ４０を射出するようになっている。第３光源４１は、光拡散部材４２に向けて光Ｌ４１を射出するようになっている。

光拡散部材４２は、拡散板等により構成されており、光Ｌ４０又は光Ｌ４１を反射させるとともに拡散させるようになっている。光拡散部材４２には、光Ｌ４０又は光Ｌ４１に起因する二次光源が形成される。光Ｌ４０に起因する二次光源は、光軸方向に光Ｌ４２（ここでは赤色光）を射出する。また、光Ｌ４１に起因する二次光源は、光軸方向に光Ｌ４３（ここでは青色光）を射出する。

以上のような構成の光源装置４は、取り出される光の波長帯域が時間的に切り替わるようになっており、多波長に対応したものになっている。取り出される光は、いずれの波長帯域の光も光軸が光軸４Ａと略一致しており光軸方向に進行する。したがって、取り出される光を被照射領域に導く光学系が格段に簡略化あるいは省略され、光の利用効率が高くなる。

［第５実施形態］
次に、本発明に係る光源装置の第５実施形態を説明する。第５実施形態が第２実施形態と異なる点は、第１光源を支持する支持部がリフレクターから入射する光の一部をリフレクターと異なる方向に反射させる点、支持部で反射した光を所定の方向（光軸方向）に反射させる反射部材が配置されている点、第１光源由来の光と第２光源由来の光をともに集光又は平行化する集光光学系が設けられている点である。

図７は、第５実施形態の光源装置５の概略構成を模式的に示す断面図である。図７に示すように、光源装置５は、第１光源１０、リフレクター１２、第２光源２０、回折光学素子２１、反射部材５１、当接部５２、集光平行化光学系５４を含んでいる。当接部５２は、第１実施形態と同様の架橋部（図１（ａ）、（ｂ）参照）と一体になって支持部を構成している。第２光源２０は、当接部５２の光軸方向に配置されている。第２光源２０は、当接部５２と当接しており、当接部５２に支持されている。回折光学素子２１は、第２光源２０の光軸方向に配置されている。第２光源２０から射出された光Ｌ２０は、回折光学素子２１により拡散され、拡散された光Ｌ２１が光軸方向に射出される。

当接部５２は、光源装置５の光軸５Ａを中心軸とする略円錐台状のものである。当接部５２は、底面５２ａと、底面５２ａよりも径が小さい頂面５２ｂとを有しており、底面５２ａを光軸方向に向けて配置されている。頂面５２ｂの一部が第１光源１０と当接しており、第１光源１０全体が平面視した頂面５２ｂと重ね合わされている。底面５２ａの一部が第２光源２０と当接しており、第２光源２０全体が平面視した頂面５２ｂと重ね合わされている。

底面５２ａ及び頂面５２ｂに対する側面５２ｃはテーパー状になっている。当接部５２は、第１実施形態と同様の光反射材料からなっている。リフレクター１２で反射した光の一部は、側面５２ｃに入射して側面５２ｃで反射する。側面５２ｃで反射した光は、反射部材５１に入射する。

当接部５２の内部に乱流促進部５３が設けられている。乱流促進部５３は、架橋部の内部に設けられた供給路、排出路とそれぞれ連通している。乱流促進部５３、供給路、排出路を含んで冷媒の流路が構成されている。乱流促進部５３には供給路を介して冷媒が供給され、第１光源１０、第２光源２０に生じた熱を冷媒に良好に放熱することが可能になっている。

本実施形態の反射部材５１は、リフレクター１２と一体に設けられている。反射部材５１は、光軸５Ａを中心軸として光軸５Ａを環状に囲むテーパー状の反射面５１１を有している。当接部５２の側面５２ｃで反射した光Ｌ１２は、反射面２４１に入射して反射面２４１で反射する。これにより、光Ｌ１２は、光Ｌ１０と同様に光軸方向に取り出される。光Ｌ１０、Ｌ１２は、回折光学素子２１から射出された光Ｌ２１とともに光軸方向に進行して、集光平行化光学系５４に入射する。集光平行化光学系５４は、光Ｌ１０、Ｌ１２、Ｌ２１を集光又は平行化して合成するようになっている。

以上のような構成の光源装置５にあっては、第１、２実施形態と同様に格段に高出力することや高効率にすることが可能になっている。また、リフレクター１２で反射した光のうちの当接部５２に入射する光Ｌ１２を、反射部材５１を介して光軸方向に取り出すことができ、光の利用効率が高められる。また、光の利用効率を低下させることなく当接部の底面５２ａを大きくすることができ、リフレクター１２で反射した光が第２光源２０に入射しないようにすることができる。これにより、第２光源２０に光が入射することによる光の損失や第２光源２０の昇温が防止される。

以上のように本発明の光源装置にあっては、複数の光源からの光を被照射領域に導くことが容易になるので、高出力化や広域化、多波長化等に対応可能であり、しかも格段に高効率なものになっている。

なお、本発明の技術範囲は、第１〜第５実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

第１光源、射出体としては、略平行光を発するものを用いてもよい。この場合には、第１光源から発せられる光のスポットサイズが、光軸に直交する面における第１光源の面積以上になり、リフレクターの開口面積以下になるように第１光源を選択するとよい。また、射出体から射出される光のスポットサイズが、リフレクターから射出される光に対して第１光源や射出体の陰となる領域の光軸に直交する面における面積と同程度（例えば、０．１倍〜１．０倍）になるように、射出体を選択するとよい。このような第１光源や射出体としては、ＬＤやＳＬＤにホログラフィック光学素子を組み合わせた光源を用いるとよい。このような光源によれば、ＬＤ等から発せられた光のスポット形状がホログラフィック光学素子により調整され、所望のスポットサイズの略平行光が得られる。

また、第１光源１０の全体が当接部と当接するのではなく、第１光源１０の一部が当接部と当接するものでもよい。第１〜第５実施形態において第２光源としては、第１光源と略同一の波長帯域の光を発するもの、第１光源と一部の波長帯域が重なる光を発するもの、第１光源と波長帯域が重ならない光を発するもののいずれを用いてもよい。第１光源と一部の波長帯域が重なる光を発する第２光源を採用すれば、光源装置から取り出される光全体の波長帯域を広域化することができ、色再現性を高めることができる。第１光源と波長帯域が重ならない第２光源を採用すれば、多波長に対応した光源装置にすることができる。このような光源装置において、光源が光を発する期間と、第２光源が光を発する期間とをずらすことにより、光源装置から異なる色光を時分割して射出させることができる。

射出体として回折光学素子を用いる場合には、レーザーダイオードから射出された光のスポット形状やスポットサイズを調整する機能を回折光学素子に持たせてもよい。また、回折光学素子と独立して、射出体とレーザーダイオードの間の光路に、スポット形状やスポットサイズを調整するビーム整形光学系を配置してもよい。特に、第３実施形態のようにリフレクターから射出される光束の外側にレーザーダイオードが配置される構成の場合には、ビーム整形光学系を配置するスペースを確保することが容易である。

［第６実施形態］
次に、図８を参照しつつ、本発明に係る第６実施形態のプロジェクター６を説明する。図８に示すように、プロジェクター６は、光源装置６０ａ〜６０ｃ、フィールドレンズ６１ａ〜６１ｃ、画像形成装置６２ａ〜６２ｃ、色合成素子６３、投射光学系６４を含んでいる。光源装置６０ａ〜６０ｃは、本発明の光源装置により構成されている。ここでは、光源装置６０ａ〜６０ｃが、それぞれ赤色の光Ｌｒ、緑色の光Ｌｇ、青色の光Ｌｂを射出するようになっている。フィールドレンズ６１ａ〜６１ｃは、それぞれ光源装置６０ａ〜６０ｃと１対１で対応している。フィールドレンズ６１ａ〜６１ｃは、いずれも入射した光を平行化するものである。

画像形成装置６２ａ〜６２ｃは、それぞれ光源装置６０ａ〜６０ｃと１対１で対応している。画像形成装置６２ａ〜６２ｃは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。画像形成装置６２ａ〜６２ｃは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続される。画像形成装置６２ａ〜６２ｃは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。画像形成装置６２ａ〜６２ｃは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。画像形成装置６２ａ〜６２ｃにより変調（形成）された光（画像）は、色合成素子６３に入射する。

色合成素子６３は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射光学系６４によって、壁やスクリーン等の被投射面９に拡大投射される。これにより、フルカラーの投射画像が表示される。

以上のような構成のプロジェクター６にあっては、光源装置６０ａ〜６０ｃが本発明の光源装置により構成されており、格段に高出力化や高効率化に対応可能になっている。したがって、プロジェクター６を格段に高輝度にすることや格段に低消費電力にすることが可能になっている。

［第７実施形態］
図９は、第７実施形態のプロジェクター７の概略構成を示す模式図である。図９に示すようにプロジェクター７は、光源装置７０、カラーホイール７１、照度均一化素子７２、画像形成装置７３、投射光学系７４を含んでいる。光源装置７０は、本発明の光源装置を適用したものであり、ここでは白色の光Ｌ７０を射出するようになっている。

カラーホイール７１は、円板部と、円板部を回転可能に支持する回転支持機構を含んでいる。円板部は、扇状の複数のカラーフィルターにより構成されている。複数のカラーフィルターは、入射光のうちの所定の波長帯域の色光を選択的に通すようになっている。カラーフィルターに対応する波長帯域は、複数のカラーフィルターで互いに異なっている。円板部を回転させると、光源装置７０から光が入射する領域に、異なる波長帯域に対応する複数のカラーフィルターが時間的に切り替えられて配置されるようになっている。これにより、カラーホイール７１から射出される光Ｌ７１の波長帯域が時間的に切り替えられる。

照度均一化素子７２は、ロッドレンズ等により構成されており、カラーホイール７１から射出された光Ｌ７１が入射する位置に配置されている。照度均一化素子７２に入射した光は、強度分布が均一化されて射出され、画像形成装置７３に入射する。

画像形成装置７３は、画素ごとに独立して駆動される複数の可動ミラーを含んでいる。可動ミラーは、照度均一化素子７２からの入射光の光軸に対する角度が可変になっている。可動ミラーの角度をスイッチングさせて可動ミラーを駆動すると、可動ミラーで反射した光の進行方向がスイッチングされ、可動ミラーから投射光学系７４に向かって進行する光により画素が形成される。１画素において、入射光を投射光学系７４に向けて反射させる期間が１フレームの表示期間に対して占める割合が高くなるほど、この画素が明表示になる。このように、画像形成装置７３は、画素ごとに入射光を変調することが可能になっている。

信号源から画像形成装置７３に供給される画像信号には、赤色画像、緑色画像、青色画像のそれぞれに対応した階調情報が含まれている。画像形成装置７３は、入射光の波長帯域に対応させて、すなわちカラーホイール７１の回転に同期させて赤色画像、緑色画像、及び青色画像を時分割して形成する。赤色画像、緑色画像、及び青色画像は、時間順次で投射光学系７４により被投射面９に投射される。赤色画像、緑色画像、及び青色画像が合成されて視認されることにより、フルカラーの投射画像が表示される。

以上のような構成のプロジェクター７にあっては、光源装置７０が本発明の光源装置により構成されており、格段に高出力化や高効率化に対応可能になっている。したがって、プロジェクター７を格段に高輝度にすることや格段に低消費電力にすることが可能になっている。

［第８実施形態］
図１０は、第８実施形態のプロジェクター８の概略構成を示す模式図である。図１０に示すようにプロジェクター８は、光源装置８０、フィールドレンズ８１、画像形成装置８２、投射光学系８３を含んでいる。光源装置８０は、本発明を適用したものであり、第３〜第５実施形態のように複数（ここでは３つ）の光源を含んで構成されている。複数の光源は、発する光の波長帯域が互いに異なっており、光を発する期間をずらして駆動される。これにより、光源装置８０から赤色光、緑色光、青色光が時間的に切り替えられて射出されるようになっている。

光源装置８０から射出された光Ｌ８は、フィールドレンズ８１により平行化されて、画像形成装置８２に入射する。画像形成装置８２は、液晶ライトバルブにより構成されている。画像形成装置８２は、光源装置８０における複数の光源の駆動と同期させて、すなわち光源装置８０から射出される光Ｌ８の波長帯域に対応させて、画像を形成するようになっている。これにより、画像形成装置８２は、赤色画像、緑色画像、及び青色画像を時分割して形成する。赤色画像、緑色画像、及び青色画像は、時間順次で投射光学系８３により被投射面９に投射される。赤色画像、緑色画像、及び青色画像が合成されて視認されることにより、フルカラーの投射画像が表示される。

以上のような構成のプロジェクター８にあっては、光源装置８０が本発明の光源装置により構成されており、格段に高出力化や高効率化に対応可能になっている。したがって、プロジェクター８を格段に高輝度にすることや格段に低消費電力にすることが可能になっている。

１〜３、３Ｂ，３Ｃ、４、５、６０ａ〜６０ｃ、７０、８０・・・光源装置、６〜８・・・プロジェクター、１０・・・第１光源、１１・・・第２光源（射出体）、２１、３２・・・回折光学素子（射出体）、４２・・・光拡散部材（射出体）、２０、３０、４０、４１・・・第２光源（レーザーダイオード）、１２・・・リフレクター、５４・・・集光平行化光学系、６２ａ〜６２ｃ、７３、８２・・・画像形成装置、６４・・・投射光学系

Claims (10)

1. 第１の光を発する光源と、
   前記第１の光を反射させて所定の方向に進行させるリフレクターと、
   前記リフレクターから射出された第１の光の光束内に配置され、前記所定の方向に第２の光を射出する射出体と、を含んでいることを特徴とする光源装置。
2. 前記射出体が拡散光を射出することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記射出体が、前記所定の方向において前記光源の少なくとも一部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記リフレクターから射出された第１の光と前記射出体から射出された第２の光とをともに集光又は平行化する集光平行化光学系が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第１の光の波長帯域が、前記第２の光の波長帯域の少なくとも一部と重なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第１の光の波長帯域が、前記第２の光の波長帯域と重ならないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記光源が発光ダイオードにより構成されているとともに前記射出体が光拡散部材により構成されており、前記光拡散部材に向けて光を射出するレーザーダイオードを含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記光拡散部材が回折光学素子であり、前記レーザーダイオードの光軸が前記所定の方向と非平行であることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記光源が第１の発光ダイオードに構成されているとともに前記射出体が第２の発光ダイオードにより構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光により画像を形成する画像形成装置と、
    前記画像形成装置によって形成された画像を投射する投射光学系と、を備えていることを特徴とするプロジェクター。

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