JP2016162574A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】エテンデューの増加による光利用効率の低下を抑制した、光源装置を提供する。また、この種の光源装置を備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、発光部と、発光部から射出された光が入射する蛍光体層を有する蛍光発光素子と、発光部と蛍光体層との間の光路中に設けられた拡散素子と、を備えている。拡散素子は、第１の領域と第２の領域とを含み、第１の領域の拡散角は第２の領域の拡散角よりも大きく、第１の領域は、拡散素子へ光が入射する被照射領域の中心に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

プロジェクター用の光源としてレーザー光源が注目されている。例えば、下記特許文献１には、レーザー光からなる励起光を蛍光体層に入射させることで蛍光を生成する光源装置が開示されている。この光源装置では、蛍光体層上における励起光の光密度を下げるために拡散板を用いている。

特開２０１３−１２０２５０号公報

上記光源装置において、拡散させた励起光を蛍光体層に効率良く入射させるには、拡散板を蛍光体層の近傍に設置すればよい。しかしながら、レーザー光源の実装ばらつきによって、拡散板でのレーザー光のスポットサイズが所望のサイズよりも大きくなってしまうことがある。すると、蛍光体層に入射する励起光サイズがさらに大きくなり、エテンデューの増加により光利用効率が低下するおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、エテンデューの増加による光利用効率の低下を抑制した、光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、この種の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

本発明の第１態様に従えば、発光部と、前記発光部から射出された光が入射する蛍光体層を有する蛍光発光素子と、前記発光部と前記蛍光体層との間の光路中に設けられた拡散素子と、を備えた光源装置であって、前記拡散素子は、第１の領域と第２の領域とを含み、前記第１の領域の拡散角は前記第２の領域の拡散角よりも大きく、前記第１の領域は、前記拡散素子へ前記光が入射する被照射領域の中心に設けられている光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置によれば、例えば、発光部の実装ばらつきによって、拡散素子上における発光部からの光のスポットサイズが大きくなった場合でも、被照射領域の中心から外れた光の拡散が抑えられる。よって、発光部の実装ばらつきによって拡散素子上でのスポットサイズが大きくなっても、蛍光体層上におけるスポットサイズの増加を低減できる。したがって、拡散素子を用いることによるエテンデューの増加を抑制しつつ、蛍光体層上における光密度を小さくすることができる。

上記光源装置においては、前記第２の領域は、前記第１の領域を囲むように設けられているのが好ましい。
この構成によれば、被照射領域の中心から外れる方向によらず、被照射領域の中心から外れた光の拡散を効率良く抑えることができる。

上記光源装置においては、前記拡散素子は、前記蛍光発光素子と隣り合うように設けられているのが好ましい。
この構成によれば、拡散素子で拡散した光を蛍光体層に効率良く入射させることができる。

上記光源装置においては、前記第１の領域の大きさは、前記発光部の実装ばらつきがない場合に前記発光部から射出された光によって前記拡散素子上に形成されるスポットの大きさと同じであるのが好ましい。
この構成によれば、発光部の実装ばらつきが発生した場合、発光部から射出された光が必要以上に拡散されてしまったり、必要なだけ拡散されないといった不具合の発生が防止される。よって、エテンデューの増加を効率良く低減するとともに光密度を小さくすることが可能となる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターによれば、エテンデューの増加を低減しつつ、光密度を小さくできる光源装置を備えている。そのため、光利用効率の低下が抑制されたプロジェクターを提供することができる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。 光源装置の概略構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は蛍光体ホイールの一例を示す図。 （ａ）、（ｂ）は拡散素子の構成を示す図。 第２実施形態の光源装置の概略構成を示す図。 （ａ）、（ｂ）は蛍光体ホイールの一例を示す図。 変形例に係る拡散素子の構造を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン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。プロジェクター１は、光源装置２の光源として、高輝度・高出力の光が得られる半導体レーザーを用いている。

プロジェクター１は、光源装置２と、色分離光学系３と、赤色光用光変調装置４Ｒと、緑色光用光変調装置４Ｇと、青色光用光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。

光源装置２は、白色の照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。光源装置２には、後述する本発明の一つの実施形態である光源装置が用いられる。

色分離光学系３は、光源装置２から射出された白色の照明光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のダイクロイックミラー７ａと、第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の反射ミラー８ａと、第２の反射ミラー８ｂと、第３の反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａと、第２のリレーレンズ９ｂと、を備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２から射出された照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢと、に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、第１のダイクロイックミラー７ａで反射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する。

第１の反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１の反射ミラー８ａは、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第２の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとは、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４Ｂに向けて反射させる。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂで反射し、緑色光用光変調装置４Ｇに向けて進む。

第１のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路中における第２の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のリレーレンズ９ａと第２のリレーレンズ９ｂとは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

赤色光用光変調装置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。緑色光用光変調装置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。青色光用光変調装置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。

赤色光用光変調装置４Ｒ、緑色光用光変調装置４Ｇ、および青色光用光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない一対の偏光板が配置されている。偏光板は、特定の方向の直線偏光光を透過させる。

赤色光用光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。緑色光用光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。青色光用光変調装置４Ｂの入射側には、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は、赤色光用光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、緑色光用光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、青色光用光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、および青色光ＬＢのそれぞれ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系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。

投射光学系６は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系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上には、拡大されたカラー画像が表示される。

続いて、光源装置２について説明する。図２は光源装置２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の光源装置２は、発光部２１と、コリメート光学系２２と、集光光学系２３と、拡散素子５０と、蛍光体ホイール（蛍光発光素子）１５と、ピックアップ光学系４０と、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とを備えている。

上記の構成要件のうち、発光部２１と、コリメート光学系２２と、集光光学系２３と、拡散素子５０と、ピックアップ光学系４０と、インテグレータ光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳光学系３３とは、照明光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

発光部２１は、複数の半導体レーザー（発光素子）２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは、照明光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー２１ａの個数は特に限定されない。

半導体レーザー２１ａは、例えば青色の励起光を射出する。励起光ＢＬａは、発光部２１ａからコリメート光学系２２に向けて射出される。

発光部２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備えるので、複数の励起光ＢＬａを射出する。以下、複数の励起光ＢＬａの束を励起光ＢＬと称する。

発光部２１から射出された励起光ＢＬは、コリメート光学系２２に入射する。コリメート光学系２２は、励起光ＢＬａを平行光束に変換する。コリメート光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａで構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の半導体レーザー２１ａにそれぞれ対応して配置されている。

コリメート光学系２２を通過した励起光ＢＬは、集光光学系２３に入射する。集光光学系２３は、励起光ＢＬを集光させて拡散素子５０の所定位置に入射させる。

ここで、集光光学系２３により蛍光体ホイール１５の蛍光体層１１上に励起光ＢＬを直接集光させてしまうと、光密度が高くなることで蛍光体層１１の温度が上昇し、蛍光発光効率が低下してしまうおそれがある。

これに対し、本実施形態では、集光光学系２３と蛍光体ホイール１５との間に拡散素子５０を配置し、該拡散素子５０によって励起光ＢＬを拡散させた状態で蛍光体ホイール１５の蛍光体層１１に入射させるようにしている。これにより、光密度が高くなることによる蛍光発光効率の低下を抑制するようにしている。

本実施形態において、拡散素子５０は、蛍光体ホイール１５と隣り合うように設けられているため、拡散素子５０によって拡散された励起光ＢＬが大きく拡がる前に蛍光体層１１に入射する。そのため、拡散素子５０により拡散した励起光ＢＬを効率良く蛍光体層１１に入射させることが可能となっている。

図３は、蛍光体ホイール１５の一例を示す構成図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ１−Ａ１矢視断面図である。
蛍光体ホイール１５は透過型の回転蛍光板である。蛍光体ホイール１５は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、モーター１２（図２参照）により回転軸Ｏの周りに回転駆動される円盤状の回転基板１５ａと、回転基板１５ａの一方の面において周方向（回転方向）に沿って形成された誘電体多層膜１６と、誘電体多層膜１６上に形成されたリング状の蛍光体層１１とを有する。

回転基板１５ａは、プロジェクター１の使用時において所定の回転数で回転する。これにより、蛍光体層１１の特定の領域に対して励起光ＢＬが連続的に入射することが抑制されるので、蛍光体層１１の長寿命化が図られる。

回転基板１５ａは、励起光ＢＬを透過する材料からなる。回転基板１５ａの材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。本実施形態では、回転基板１５ａとして、円盤状のガラス基板を使用する。

蛍光体層１１は、蛍光を発する蛍光体粒子を有しており、励起光ＢＬ（青色光）を吸収し、黄色の蛍光ＹＬに変換する機能を有する。

蛍光体粒子は、励起光ＢＬを吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子には、波長が約４５０ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、励起光ＢＬを黄色の蛍光ＹＬに変換して射出する。

蛍光体粒子としては、通常知られたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であっても良く、２種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いることとしても良い。

誘電体多層膜１６はダイクロイックミラーとして機能し、励起光ＢＬの一部を透過させ、蛍光体層１１から射出される蛍光ＹＬを反射させる特性を有する。

蛍光体層１１に入射した励起光ＢＬの一部は、蛍光体粒子に吸収されることで蛍光ＹＬに変換される。蛍光ＹＬは直接あるいは誘電体多層膜１６に反射されることで蛍光体層１１から外部に射出される。一方、励起光ＢＬのうち蛍光体粒子に吸収されなかった成分（励起光ＢＬのうちの一部の成分である青色光ＢＬ１）は蛍光体層１１から外部に射出される。

図２に戻り、蛍光体ホイール１５の蛍光体層１１から射出された蛍光ＹＬと青色光ＢＬ１とは白色の照明光ＷＬを構成する。照明光ＷＬは、ピックアップ光学系４０を介してインテグレータ光学系３１に入射する。ピックアップ光学系４０は、第１レンズ４０ａおよび第２レンズ４０ｂを含む。

インテグレータ光学系３１は、照明光ＷＬを複数の小光束に分割する。インテグレータ光学系３１は、例えば、第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂから構成されている。第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。

インテグレータ光学系３１から射出された照明光ＷＬ（複数の小光束）は、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３２は、例えば、偏光分離膜と位相差板とミラーとから構成されている。

直線偏光に変換された照明光ＷＬは、重畳レンズ３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａは、偏光変換素子３２から射出された複数の小光束を照明対象物上で互いに重畳させる。これにより、照明対象物を均一に照明することができる。本実施形態の重畳光学系３３は、第１レンズアレイ３１ａおよび第２レンズアレイ３１ｂからなるインテグレータ光学系３１と重畳レンズ３３ａとにより構成される。

ところで、光源装置２においては、発光部２１を構成する半導体レーザー２１ａの実装がばらつくことがあり得る。半導体レーザー２１ａの実装にばらつきが生じると、複数の励起光ＢＬａの拡散素子５０への入射位置もばらついてしまう。

複数の励起光ＢＬａの拡散素子５０への入射位置がばらついた場合（半導体レーザー２１ａの実装のばらつきがある場合）は、複数の励起光ＢＬａの入射位置がばらつかない場合（半導体レーザー２１ａの実装のばらつきが無い場合）に比べ、励起光ＢＬの拡散素子５０上におけるスポットサイズが所望のサイズ（所定スポットサイズ）よりも大きくなる。

ここで、所定スポットサイズとは、複数の励起光ＢＬａの入射位置がばらつかない場合、すなわち、仮に実装のばらつきが発生していないとした場合に、発光部２１から射出された励起光ＢＬが拡散素子５０上に形成する所定スポットのサイズのことを意味する。

比較として、一般的な従来の拡散素子を例に挙げつつ、本実施形態の拡散素子５０の効果について説明する。図４（ａ）は本実施形態の拡散素子５０の平面図を示し、図４（ｂ）は拡散素子５０の断面図である。

一般的な従来構成に係る拡散素子では、場所によらず拡散角が同じとなっている。そのため、励起光ＢＬが拡散素子上に形成するスポットサイズが所定スポットサイズよりも大きい場合、所定スポットの外側へ広がった光線が所定スポット内での拡散と同じ程度で拡散されてしまう。
すると、蛍光体層１１上での励起光ＢＬによるスポットサイズが大型化してしまい、エテンデューの増加により蛍光利用効率が低下してしまう。

これに対し、本実施形態の拡散素子５０は、図４（ａ）に示すように、第１の領域５１と第２の領域５２とを含む構造を採用した。第１の領域５１と第２の領域５２とは、拡散領域を構成する。

第１の領域５１は、拡散素子５０へ励起光ＢＬが入射する被照射領域の中心に設けられ、励起光ＢＬを拡散させる矩形状の領域である。第２の領域５２は、第１の領域５１を囲むように設けられ、励起光ＢＬを拡散させる枠状の領域である。

拡散素子５０は、例えば、ガラス、水晶などの透明基材５０ａを用いて形成される。拡散領域は、透明基材５０ａの蛍光体層１１と対向する第１面に形成されている。拡散領域を、透明基材５０ａの蛍光体層１１とは反対側の第２面に設けてもよい。しかし、拡散領域を透明基材５０ａの第１面に設けた方が拡散領域を透明基材５０ａの第２面に設けた場合よりも、拡散領域と蛍光体層１１との間の距離を小さくすることができるため、拡散された励起光ＢＬを効率的に蛍光体層１１へ入射させることができる。

本実施形態において、図４（ｂ）に示すように、第１の領域５１の拡散角θ１は、第２の領域５２の拡散角θ２よりも大きくなっている。

第１の領域５１及び第２の領域５２の拡散角を異ならせる方法としては、例えば、サンドブラストを用いた方法を例示することができる。

サンドブラスト法では、吹き付ける研磨剤の粒径、吹付圧力により拡散角度を制御可能である。例えば、第１の領域５１を形成する際、第２の領域５２を形成する場合に比べて、吹付圧力を強くすることで拡散角度を大きくすることができる。あるいは、第１の領域５１を形成する際、第２の領域５２を形成する場合に比べて、吹き付ける研磨剤の粒径を大きくすることで拡散角度を大きくすることができる。

本実施形態において、第１の領域５１の大きさ（図４（ａ）に示される面積）は、上述の所定スポットサイズと同じ大きさに設定されている。

第１の領域５１の大きさが所定スポットサイズよりも小さい場合、拡散素子５０上において励起光ＢＬが形成するスポットの一部が常に第１の領域５１からはみ出した状態となる。この場合において実装のばらつきが生じると、励起光ＢＬのうち第１の領域５１からはみ出した量がさらに多くなり、拡散素子５０全体として励起光ＢＬの拡散性が不足してしまい、励起光ＢＬを十分に低密度にすることができなくなってしまうおそれがある。よって、光密度を小さくできず、蛍光発光効率が低下してしまうおそれがある。

一方、第１の領域５１の大きさが所定スポットサイズよりも大きい場合、実装のばらつきが生じていたとしても、励起光ＢＬが第１の領域５１からはみ出さないことがあり得る。
このとき、励起光ＢＬの全体が第１の領域５１で大きく拡散されてしまうので、蛍光体層１１上において励起光ＢＬのスポットサイズが大きくなり過ぎてしまい、エテンデューが増加し光利用効率が低下してしまうおそれがある。

これに対し、本実施形態では、上述のように第１の領域５１の大きさを所定スポットサイズと同じ大きさに設定しているため、励起光の拡散性を最適化することができる。よって、エテンデューの増加を効率良く低減するとともに光密度を小さくすることができる。

本実施形態の拡散素子５０によれば、実装のばらつきにより励起光ＢＬが所定スポットの外側に拡がったとしても、該外側に拡がった励起光ＢＬを第２の領域５２にて小さい角度で拡散させることができる。これにより、所定スポットの外側へ広がった励起光ＢＬを該所定スポット内と同様に大きい角度で拡散してしまう場合に比べ、蛍光体層１１上における励起光ＢＬのスポットの拡大を抑制できる。

したがって、該スポットの拡大に起因するエテンデューの増加および蛍光利用効率の低下を抑制することができる。

以上述べたように、本実施形態の光源装置２によれば、発光部２１の実装にばらつきが生じた場合でも、上記拡散素子５０を備えることで、蛍光体層１１上におけるスポットサイズの増加を低減できる。したがって、拡散素子を用いることによるエテンデューの増加を抑制しつつ、蛍光体層１１上における光密度を小さくすることができる。

また、本実施形態のプロジェクター１においては、エテンデューの増加を低減しつつ、光密度を小さくできる光源装置２を備えているため、光利用効率の低下が抑制されている。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、光源装置において照明光を生成する構造である。以下では、光源装置の構造を主体に説明する。なお、第１実施形態における構成部材と同じ構成部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

図５は本実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態の光源装置２Ａは、第１光源装置１００と第２光源装置１０２とを含む。

第１光源装置１００は、第１発光部１１０、コリメート光学系７０、ダイクロイックミラー８０、集光光学系９０、蛍光体ホイール（蛍光発光素子）１５Ａ、モーター１２、インテグレータ光学系３１、偏光変換素子３２および重畳光学系３３を備える。

第１発光部１１０は、励起光としてレーザー光からなる青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）Ｅを射出する半導体レーザー（発光素子）からなる。第１発光部１１０は、１つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。
なお、第１発光部１１０は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。

本実施形態において、第１発光部１１０は、光軸ａｘ３が照明光軸ａｘ２と直交するように配置されている。
コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４とを備え、第１発光部１１０からの光を略平行化する。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は、凸レンズからなる。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０から集光光学系９０までの光路中に、第１発光部１１０の光軸ａｘ３及び照明光軸ａｘ２のそれぞれに対して４５°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光を通過させる。

集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０からの青色光Ｅを略集光した状態で回転蛍光板３０の蛍光体層４２に入射させる機能と、回転蛍光板３０から射出される蛍光をピックアップする機能とを有する。

集光光学系９０により蛍光体ホイール１５Ａの蛍光体層１１上に励起光ＢＬを直接集光させてしまうと、光密度が高くなることで蛍光体層１１の温度が上昇し、蛍光発光効率が低下してしまうおそれがある。

本実施形態においても、集光光学系９０と蛍光体ホイール１５Ａとの間に拡散素子５０を配置し、該拡散素子５０によって励起光ＢＬを拡散させた状態で蛍光体ホイール１５Ａの蛍光体層１１に入射させるようにしている。これにより、光密度が高くなることによる蛍光発光効率の低下を抑制している。

第１実施形態と同様に本実施形態においても、拡散素子５０を蛍光体ホイール１５と隣り合うように設けることにより、拡散素子５０により拡散した励起光ＢＬを効率良く蛍光体層１１に入射させることが可能となっている。

第２光源装置１０２は、第２光源２１０、集光光学系２６０、散乱板２３２及びコリメート光学系２７０と、を備える。

第２光源２１０は、上記第１光源装置１００の第１発光部１１０と同一の半導体レーザーから構成される。
集光光学系２６０は、第１レンズ２６２及び第２レンズ２６４を備える。集光光学系２６０は、第２光源２１０からの青色光を散乱板２３２付近に集光する。第１レンズ２６２及び第２レンズ２６４は、凸レンズからなる。

散乱板２３２は、第２光源２１０からの青色光Ｂを散乱し、蛍光体ホイール１５Ａから射出される蛍光ＹＬの配光分布に似た配光分布を有する青色光Ｂとする。散乱板２３２としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

コリメート光学系２７０は、第１レンズ２７２と、第２レンズ２７４とを備え、散乱板２３２からの光を略平行化する。第１レンズ２７２及び第２レンズ２７４は、凸レンズからなる。

本実施形態において、第２光源装置１０２からの青色光Ｂはダイクロイックミラー８０で反射され、蛍光体ホイール１５Ａから射出されダイクロイックミラー８０を透過した蛍光ＹＬと合成されて白色光Ｗとなる。当該白色光Ｗはインテグレータ光学系３１に入射する。

図６は、実施形態に係る蛍光体ホイール１５Ａを説明するために示す図である。図６（ａ）は蛍光体ホイール１５Ａの平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ１−Ｂ１矢視断面図である。

本実施形態の蛍光体ホイール１５Ａは反射型の回転蛍光板である。蛍光体ホイール１５Ａは、図５及び図６に示すように、モーター１２により回転可能な回転基板２５上に、蛍光体層１１がリング状に設けられてなる。蛍光体ホイール１５Ａは、青色光が入射する側と同じ側に向けて蛍光ＹＬを射出する。回転基板２５は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成されている。

蛍光体層１１は、第１発光部１１０からの励起光ＢＬによって励起されて蛍光ＹＬを射出する。蛍光体層１１と回転基板２５との間には反射膜２６が形成されている。反射膜２６は、蛍光体層１１で発生した蛍光ＹＬを上方に反射させる。

本実施形態の光源装置２Ａによれば、第１光源装置１００の第１発光部１１０において実装ばらつきにばらつきが生じた場合でも、拡散素子５０を備えることで、蛍光体層１１上におけるスポットサイズの増加を低減することができる。したがって、拡散素子を用いることによるエテンデューの増加を抑制しつつ、蛍光体層１１上における光密度を小さくできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の内容は上記形態に限定されることは無く、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、蛍光体層１１が回転基板１０ａ或いは２５上に形成された回転蛍光ホイールを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、固定された基板上に設けられた蛍光体層１１に励起光を照射し、蛍光を発生させる光源装置について本発明を採用しても良い。

また、上記実施形態では、拡散領域はサンドブラストにより形成された凹凸構造を備えていたが、これに限定されない。
例えば、拡散領域はエッチング法によって形成された凹凸形状を備えていてもよい。

また、拡散領域は図７に示したように、曲面を含む凹凸構造を備えていてもよい。図７に示した拡散素子５０Ａは、複数の曲面を含む凹凸から構成され、個々の凹部は略球面状に形成されている。このような曲面凹凸構造は、例えば、ガラス基板に対してナノインプリント法等の転写技術を用いることで簡便且つ確実に形成可能である。

凹部の深さは、例えば、球面の曲率半径の１／２程度である。第１の領域１５１を構成する凹部の深さは、第２の領域１５２を構成する凹部の深さよりも深く設定されている。これにより、第１の領域１５１の拡散角は、第２の領域１５２の拡散角よりも大きくなっている。第１の領域１５１および第２の領域１５２において、各々の凹部は励起光の入射方向から見て、ランダムに配置されていてもよい。また、各々の凹部は規則的に配置されていても良い。

また、上記実施形態において、第２の領域５２の拡散角は、第１の領域５１の拡散角よりも小さい場合を例に挙げたが、第２の領域５２の拡散角が０度であってもよい。すなわち、第２の領域５２における拡散力がゼロでも良く、拡散素子５０において第１の領域５１に入射した励起光ＢＬのみが拡散され、第２の領域５２に入射した励起光ＢＬは拡散されずに射出されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、第２の領域５２が第１の領域５１の周囲を全て囲むように配置される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、励起光ＢＬａの入射位置がばらつく方向が予測できる場合、励起光ＢＬａがばらつく方向にのみ第２の領域５２を選択的に配置するようにしても良い。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。

また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、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。

１…プロジェクター、２，２Ａ…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投写光学系１１…蛍光体層、１５，１５Ａ…蛍光体ホイール（蛍光発光素子）、２１…発光部、５０，５０Ａ…拡散素子、５１，１５１…第１の領域、５２，１５２…第２の領域。

Claims (5)

1. 発光部と、
   前記発光部から射出された光が入射する蛍光体層を有する蛍光発光素子と、
   前記発光部と前記蛍光体層との間の光路中に設けられた拡散素子と、を備えた光源装置であって、
   前記拡散素子は、第１の領域と第２の領域とを含み、
   前記第１の領域の拡散角は前記第２の領域の拡散角よりも大きく、
   前記第１の領域は、前記拡散素子へ前記光が入射する被照射領域の中心に設けられている
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第２の領域は、前記第１の領域を囲むように設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記拡散素子は、前記蛍光発光素子と隣り合うように設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第１の領域の大きさは、前記発光部の実装ばらつきがない場合に前記発光部から射出された光によって前記拡散素子上に形成されるスポットの大きさと同じである
   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. 請求項１〜４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ことにより画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
   プロジェクター。

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