JP2017138471A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製造できる光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、発光素子を備えた発光部と、発光素子から第１の方向に射出された光が入射するコリメーターレンズと、を備え、コリメーターレンズの光入射端面は、第１の母線を有する第１のシリンドリカル面を有し、コリメーターレンズの光射出端面は、第１の母線と直交する第２の母線を有する第２のシリンドリカル面を有し、第１のシリンドリカル面の第１の母線と垂直な断面は双曲線で近似される形状を有し、第２のシリンドリカル面の第２の母線と垂直な断面は楕円で近似される形状を有し、光がコリメーターレンズに入射する前において、光の第２の母線と平行な面内での発散角は、光の第１の母線と平行な面内での発散角よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度かつ高出力の光が得られる半導体レーザー等のレーザー光源が注目されている。
例えば下記の特許文献１には、複数のレーザー光源を含む２次元レーザーアレイ光源と、インテグレーター光学系と、複数の第１レンズと、複数の第２レンズと、を備える照明光学系が開示されている。第１レンズは、レーザー光源から射出された光の第１軸方向の発散角を制限する。第２レンズは、当該光の第１軸方向と直交する第２軸方向の発散角を制限する。第１レンズおよび第２レンズは、シリンドリカルレンズで構成されている。

特開２０１３−１５７６２号公報

特許文献１に記載の照明光学系において、２次元レーザーアレイ光源からの光の第１軸方向、第２軸方向それぞれの発散角を制限するために、複数の第１レンズ、複数の第２レンズのそれぞれを２次元レーザーアレイ光源に対して位置合わせする必要がある。そのため、照明光学系を製造する際に、２次元レーザーアレイ光源と複数の第１レンズおよび複数の第２レンズとの位置合わせ作業が煩雑であり、製造工程が長くなる。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、容易に製造できる光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記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。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、少なくとも一つの発光素子を備えた発光部と、前記少なくとも一つの発光素子のうち一の発光素子から第１の方向に射出された光が入射するコリメーターレンズと、を備え、前記コリメーターレンズの光入射端面は、第１の母線を有する第１のシリンドリカル面を有し、前記コリメーターレンズの光射出端面は、前記第１の母線と直交する第２の母線を有する第２のシリンドリカル面を有し、前記第１のシリンドリカル面の前記第１の母線と垂直な断面は、双曲線で近似される形状を有し、前記第２のシリンドリカル面の前記第２の母線と垂直な断面は、楕円で近似される形状を有し、前記光が前記コリメーターレンズに入射する前において、前記光の前記第２の母線と平行な面内での発散角は、前記光の前記第１の母線と平行な面内での発散角よりも大きい。

本発明の一つの態様の光源装置は、第１のシリンドリカル面の第１の母線と垂直な断面は双曲線で近似される形状を有し、第２のシリンドリカル面の第２の母線と垂直な断面は楕円で近似される形状を有するコリメーターレンズを備えるため、発光素子から射出された光の発散が、第１の母線と垂直な面内と第２の母線と垂直な面内において、一つのコリメーターレンズによって制御される。この光源装置を製造する際には、発光部と一つのコリメーターレンズとを位置合わせすれば良いため、位置合わせ作業を簡単にすることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、円錐定数をＫ、前記コリメーターレンズの屈折率をｎとしたとき、前記第１のシリンドリカル面の前記断面は、Ｋ＝−ｎ^２で表される双曲線で近似される形状を有していてもよい。
発光素子から射出された光の第２の母線と平行な面内での発散角は比較的大きいが、この構成によれば、発光素子から射出された光の発散を第１の母線と垂直な面内において略平行化することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、円錐定数をＫとしたとき、前記第２のシリンドリカル面の前記断面は、−１＜Ｋ＜０で表される楕円で近似される形状を有していてもよい。
この構成によれば、発光素子から射出された光の発散を第２の母線と垂直な面内において略平行化することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記光入射端面と前記光射出端面との間の距離は、前記光入射端面の有効径よりも大きくてもよい。
この構成によれば、第１の母線と垂直な方向における光線幅と第２の母線と垂直な方向における光線幅との比を略１にすることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記少なくとも一つの発光素子は複数の発光素子からなり、前記発光部は、前記第１の方向に対して傾斜した方向に延在するベース部と、前記ベース部に支持された、第１の段部および第２の段部と、を備え、前記第１の段部は、前記第１の方向と直交する第２の方向と平行な第１の面を有し、前記第２の段部は、前記第２の方向と平行な第２の面を有し、前記第１の面と前記第２の面とは段差を構成し、前記複数の発光素子は、前記第１の面に支持されるとともに、前記第２の方向に沿って１列に配列されており、前記コリメーターレンズは、前記第１の母線と前記第１の面とが略平行となるように、前記第２の面に支持されていてもよい。

この構成によれば、簡易な構成の発光部を実現することができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記コリメーターレンズは一体成型されていてもよい。
この構成によれば、複数の発光素子を備えた光源装置をより簡単に製造することができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出される光を画像情報に応じて変調して画像光を生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。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置を備えているため、低コストなプロジェクターを実現することができる。

本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光源装置の斜視図である。 光源装置の側面図である。 光源装置の平面図である。 コリメーターレンズの作用を示す図である。 第２実施形態の光源装置の斜視図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

（プロジェクター）
第１実施形態のプロジェクターについて説明する。
図１は、プロジェクター１の概略構成を示す平面図である。

本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映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、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。

図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置２と、第１の反射ミラー７ａと、第２の反射ミラー７ｂと、第３の反射ミラー７ｃと、ダイクロイックミラー８と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。

照明装置２は、複数の半導体レーザーを含む光源装置３を備え、第１の照明光としての青色光ＬＢと、第２の照明光としての黄色光ＹＬと、を射出する。
照明装置２および光源装置３の詳細な構成は後述する。

ダイクロイックミラー８は、照明装置２から射出された黄色光ＹＬを、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する。ダイクロイックミラー８は、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧを反射する。

第１の反射ミラー７ａは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。第１の反射ミラー７ａは、照明装置２から射出された青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。第２の反射ミラー７ｂは、緑色光ＬＧの光路中に配置されている。第２の反射ミラー７ｂは、ダイクロイックミラー８により分離された緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。第３の反射ミラー７ｃは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第３の反射ミラー７ｃは、ダイクロイックミラー８により分離された赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に、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。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。液晶パネルの入射側および射出側には、一対の偏光板（図示略）が配置されている。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ９Ｒ，フィールドレンズ９Ｇ，フィールドレンズ９Ｂが配置されている。

合成光学系５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに対応した各画像光を合成し、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、拡大されたカラー映像が表示される。

（照明装置）
以下、照明装置２の構成について説明する。
図１に示すように、照明装置２は、発光部３０とコリメーターレンズ１１とを備えた光源装置３と、第１のインテグレーター光学系１２と、位相差板１３と、偏光分離素子１４と、ピックアップ光学系１５と、蛍光発光素子１６と、青色光用重畳レンズ１７と、反射ミラー１８と、第２のインテグレーター光学系１９と、偏光変換素子２０と、黄色光用重畳レンズ２１と、反射ミラー２２と、を備えている。
なお、以下の説明において、発光部３０の光軸を光軸ａｘ１とする。また、光軸ａｘ１と同一平面内にあり、光軸ａｘ１に直交する光軸を光軸ａｘ２とする。

発光部３０と、コリメーターレンズ１１と、第１のインテグレーター光学系１２と、位相差板１３と、偏光分離素子１４と、ピックアップ光学系１５と、蛍光発光素子１６とは、光軸ａｘ１上に並んで配置されている。反射ミラー１８と、青色光用重畳レンズ１７と、偏光分離素子１４と、第２のインテグレーター光学系１９と、偏光変換素子２０と、黄色光用重畳レンズ２１と、反射ミラー２２とは、光軸ａｘ２上に並んで配置されている。

図２は、光源装置３の斜視図である。
図２に示すように、発光部３０は、複数の発光素子４０と、複数の発光素子４０を支持する支持部材１０と、を備える。支持部材１０は、ベース部１０Ａと、複数の段部１０Ｂと、を備える。本実施形態の発光部３０は、２５個の発光素子４０と５つの段部１０Ｂとを備え、５個の発光素子４０が各段部１０Ｂにそれぞれ設けられている。ただし、発光素子４０の数や配列は、これに限定されない。

支持部材１０は、例えば、アルミニウム、銅などの放熱性に優れた金属材料から構成される。複数の段部１０Ｂの各々は、ベース部１０Ａの面１０Ａ１に、後述する鉛直方向に所定の間隔をおいて設けられている。ベース部１０Ａは、板状の部材である。段部１０Ｂは、板状の部材である。段部１０Ｂの上面１０Ｂ１の平面形状は略矩形状である。

本実施形態において、複数の発光素子４０は、それぞれ半導体レーザーから構成される。各発光素子４０は、互いに同じ方向に青色光ＢＬを射出する。発光素子４０の光射出方向を第１の方向（Ｙ方向）とする。つまり、青色光ＢＬの主光線はＹ方向と平行である。以下の説明において、複数の発光素子４０から発せられた複数の青色光ＢＬの束を、光線束Ｋと称する。

複数の段部１０Ｂのうち第１の段部１０Ｂにおいて、複数の発光素子４０は上面１０Ｂ１に支持されるとともに、所定の方向に沿って所定の間隔で規則的に配置されている。複数の発光素子４０が並んでいる方向をＸ方向とする。上面１０Ｂ１はＸＹ平面と平行である。複数の段部１０Ｂのうち第２の段部１０Ｂの上面１０Ｂ１においても、複数の発光素子４０はＸ方向に沿って当該所定の間隔で規則的に配置されている。Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに直交するＺ方向は、鉛直方向に対応する。

上記の構成により、発光部３０をＹ方向と平行な方向から見たとき、複数の発光素子４０は、規則的に、格子状に配列されている。本実施形態において、複数の発光素子４０は、５行５列に配列されている。以下の説明では、行方向に並んでいる複数の発光素子４０を発光素子行と称し、列方向に並んでいる複数の発光素子４０を発光素子列と称することがある。ここで、行方向はＸ方向である。

コリメーターレンズ１１は、発光部３０から所定の距離離れた位置に設けられている。コリメーターレンズ１１は、発光部３０から射出された光線束Ｋが入射する光入射端面１１Ａと、コリメーターレンズ１１の内部を透過した光線束Ｋを射出させる光射出端面１１Ｂと、を有する。光入射端面１１Ａは発光部３０と対向している。コリメーターレンズ１１は、各発光素子４０から射出された光を平行化する。

コリメーターレンズ１１の光入射端面１１Ａは、各々がＸ方向と平行な第１の母線Ｐ１を有する複数の第１のシリンドリカル面１１１を有する。複数の第１のシリンドリカル面１１１の各々は、複数の発光素子行に対応して設けられている。一つの発光素子行の発光素子４０の各々から射出された青色光ＢＬの主光線は、その発光素子行に対応した第１のシリンドリカル面１１１の第１の母線Ｐ１上において第１のシリンドリカル面１１１に入射する。

コリメーターレンズ１１の光射出端面１１Ｂは、各々がＺ方向と平行な第２の母線Ｐ２を有する複数の第２のシリンドリカル面１１２を有する。複数の第２のシリンドリカル面１１２の各々は、複数の発光素子列に対応して設けられている。一つの発光素子列の発光素子４０の各々から射出された青色光ＢＬの主光線は、その発光素子列に対応した第２のシリンドリカル面１１２の第２の母線Ｐ２上において第２のシリンドリカル面１１２から射出する。

コリメーターレンズ１１は、複数の発光素子４０の各々に対応して配置され、互いに分離されている複数のコリメーターレンズで構成してもよい。しかし、図２に示したように、一体成型されたものであることが望ましい。一体成型されたコリメーターレンズ１１であれば、光源装置の製造工程をより削減することができる。

図３は、光源装置３の側面図である。
図３に示すように、第１のシリンドリカル面１１１の第１の母線Ｐ１と垂直な断面は、双曲線で近似される形状を有する。本実施形態の場合、当該双曲線は、円錐定数をＫ、コリメーターレンズの屈折率をｎとしたとき、Ｋ＝−ｎ^２という式で表される。ただし、当該双曲線は、必ずしもＫ＝−ｎ^２で表される双曲線でなくてもよい。例えば、円錐曲線の式の高次の項を用いて表される双曲線であってもよい。つまり、双曲線を表現する円錐曲線の式は任意でよい。

図４は光源装置３の平面図である。
図４に示すように、第２のシリンドリカル面１１２の第２の母線Ｐ２と垂直な断面は、楕円で近似される形状を有する。本実施形態の場合、当該楕円は、円錐定数をＫとしたとき、−１＜Ｋ＜０で表される。ただし、当該楕円は、必ずしも−１＜Ｋ＜０で表される楕円でなくてもよい。例えば、円錐曲線の式の高次の項を用いて表される楕円であってもよい。つまり、楕円を表現する円錐曲線の式は任意でよい。

以下、図３〜図５を用いて、コリメーターレンズ１１の作用を説明する。
コリメーターレンズ１１は、複数の発光素子４０にそれぞれ対応した複数のユニット１１Ｕからなる。図５には、一つの発光素子４０と、一つのユニット１１Ｕを示した。
図５に示すように、発光素子４０は、青色光ＢＬを射出する光射出面４０ａを有している。光射出面４０ａは、発光素子４０から射出された青色光ＢＬの主光線の方向から見て、長手方向と短手方向とを有する略長方形状の平面形状を有している。光射出面４０ａの長手方向の幅Ｗ１と短手方向の幅Ｗ２との比は、３０：１以上とするのが好ましい。本実施形態において、幅Ｗ１は例えば４０μｍであり、幅Ｗ２は例えば１μｍである。ただし、光射出面４０ａの寸法はこれに限定されない。
図５において、光射出面４０ａの長手方向はＸ方向と平行であり、短手方向はＺ方向と平行である。

発光素子４０から射出される青色光ＢＬは、光射出面４０ａの長手方向と平行な偏光方向を有する直線偏光である。青色光ＢＬがコリメーターレンズ１１に入射する前において、光射出面４０ａの短手方向における青色光ＢＬの発散は、光射出面４０ａの長手方向における青色光ＢＬの発散よりも大きい。本実施形態において、光射出面４０ａの長手方向における青色光ＢＬの発散角度α１は、例えば２０°である。光射出面４０ａの短手方向における青色光ＢＬの発散角α２は、例えば７０°である。

そのため、コリメーターレンズ１１に入射する前の青色光ＢＬのＸＺ面と平行な断面ＢＳ１は、Ｚ方向を長軸方向とする楕円形状となる。青色光ＢＬの長軸方向の光線幅をＶ１とし、青色光ＢＬの短軸方向の光線幅をＨ１としたとき、光線幅Ｖ１に対する光線幅Ｈ１の比Ｈ１／Ｖ１を、青色光ＢＬのアスペクト比と定義する。青色光ＢＬがコリメーターレンズ１１に入射する前において、アスペクト比Ｈ１／Ｖ１は、１より小さい（Ｈ１／Ｖ１＜１）。

図３に示すように、断面ＢＳ１が楕円形の青色光ＢＬは、コリメーターレンズ１１の光入射端面１１Ａに入射すると、第１のシリンドリカル面１１１によりＹＺ面内において平行化される。ＹＺ面内において平行化された青色光ＢＬは、コリメーターレンズ１１の内部を進む。ただし、図４に示すように、第１のシリンドリカル面１１１は、ＸＹ面内では屈折力を持っていないため、第１のシリンドリカル面１１１によってはＸＹ面内では平行化されない。

一方、図４に示すように、コリメーターレンズ１１の内部を進んだ青色光ＢＬは、コリメーターレンズ１１の光射出端面１１Ｂから射出されるとき、第２のシリンドリカル面１１２によりＸＹ面内において平行化される。青色光ＢＬは、第１のシリンドリカル面１１１によりＹＺ面内において既に平行化されているため、コリメーターレンズ１１から射出された青色光ＢＬは、ＸＹ面内およびＹＺ面内の双方において平行化されている。

本実施形態において、第１のシリンドリカル面１１１の屈折力は、発散角α２で進む光を平行化できるように設定されている。第２のシリンドリカル面１１２の屈折力は、発散角α１で進む光を平行化できるように設定されている。また、図５に示すように、発光素子４０から射出された青色光ＢＬの主光線の光路上における第１のシリンドリカル面１１１と第２のシリンドリカル面１１２との間の距離ＲＬは、光射出端面１１Ｂから射出された青色光ＢＬの断面ＢＳ２のアスペクト比Ｈ２／Ｖ２が略１となるように設定されている。すなわち、青色光ＢＬの断面は、コリメーターレンズ１１によって楕円状から略円形状に変換される。アスペクト比Ｈ２／Ｖ２を略１とするためには、距離ＲＬがユニット１１Ｕの光入射端面１１Ａの有効径よりも大きい必要がある。ここで、有効径とは、光線が通過できる最大の開口の径を意味する。

このように、本実施形態によれば、発光素子４０から射出された青色光ＢＬを、母線が互いに直交する第１のシリンドリカル面１１１と第２のシリンドリカル面１１２とを有するユニット１１Ｕにより平行光に変換することができる。すなわち、コリメーターレンズ１１によって、光線束Ｋを平行化することができる。

図１に戻って、コリメーターレンズ１１により平行化された光線束Ｋは、第１のインテグレーター光学系１２に入射する。第１のインテグレーター光学系１２は、第１レンズアレイ１２ａと、第２レンズアレイ１２ｂと、を備えている。第１レンズアレイ１２ａは、複数の第１レンズ１２ａｍを備えている。第２レンズアレイ１２ｂは、複数の第２レンズ１２ｂｍを備えている。複数の第２レンズ１２ｂｍは、複数の第１レンズ１２ａｍとそれぞれ対応している。

第１レンズアレイ１２ａと光軸ａｘ１上の蛍光発光素子１６とは、互いに光学的に共役である。第１レンズアレイ１２ａと光変調装置４Ｂとは、互いに光学的に共役である。また、発光素子４０の光射出面４０ａと第２レンズアレイ１２ｂとは、互いに光学的に共役である。

第１のインテグレーター光学系１２は、後述するように、ピックアップ光学系１５とともに、蛍光発光素子１６を照射する光の照度分布（明るさ）を均一化する。また、第１のインテグレーター光学系１２は、後述するように、青色光用重畳レンズ１７とともに、光変調装置４Ｂの画像形成領域において光の照度分布を均一化する。

第１のインテグレーター光学系１２を透過した光線束Ｋは、位相差板１３に入射する。位相差板１３は、例えば回転可能とされた１／２波長板である。１／２波長板の回転角度を適切に設定することにより、位相差板１３を透過した光線束Ｋを、偏光分離素子１４に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。

偏光分離素子１４は、光軸ａｘ１および光軸ａｘ２に対して、それぞれ４５°の角度をなすように配置されている。偏光分離素子１４は、例えば偏光ビームスプリッターから構成される。偏光分離素子１４は、位相差板１３を通過した光線束ＫをＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する。また、偏光分離素子１４は、青色の光線束Ｋとは波長域が異なる光、すなわち、後述する蛍光光からなる黄色光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず反射させる。

具体的に、偏光分離素子１４は、入射光（光線束Ｋ）のうちのＳ偏光成分の光線ＢＬｓを反射させ、入射光のうちのＰ偏光成分の光線ＢＬｐを透過させる。Ｓ偏光成分である光線ＢＬｓは、偏光分離素子１４で反射して青色光用重畳レンズ１７に向かう。Ｐ偏光成分である光線ＢＬｐは、偏光分離素子１４を透過して蛍光発光素子１６に向かう。

偏光分離素子１４から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、青色光用重畳レンズ１７に入射する。青色光用重畳レンズ１７は、第１のインテグレーター光学系１２とともに、光変調装置４Ｂの画像形成領域に光線ＢＬｓを重畳させることで、青色光ＬＢの照度分布を均一化する。青色光用重畳レンズ１７を透過した青色光ＢＬｓは、反射ミラー１８、第１の反射ミラー７ａおよびフィールドレンズ９Ｂを介して、光変調装置４Ｂに入射する。

一方、Ｐ偏光成分である光線ＢＬｐは、偏光分離素子１４を透過してピックアップ光学系１５に入射する。ピックアップ光学系１５は、光線ＢＬｐを蛍光発光素子１６の蛍光体層３４上に集光させる機能と、蛍光体層３４から射出された蛍光をピックアップして平行化する機能と、を備える。ピックアップ光学系１５は、例えばピックアップレンズ１５ａ、ピックアップレンズ１５ｂから構成されている。ピックアップ光学系１５は、第１のインテグレーター光学系１２とともに、蛍光発光素子１６の蛍光体層３４上に光線ＢＬｐを重畳させる。

蛍光発光素子１６は、蛍光体層３４と、蛍光体層３４を支持する基板３５と、駆動部３６と、を備えている。基板３５は、駆動部３６により回転軸の周りに回転可能とされた円板である。基板３５は、例えば、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属から構成されている。蛍光体層３４は、基板３５の一面に、基板３５の周方向に沿って設けられている。駆動部３６は、例えばモーター等の駆動源から構成されている。

蛍光体層３４は、青色の光線ＢＬｐを吸収して蛍光からなる黄色光ＹＬに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子として、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、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものを蛍光体粒子として用いてもよい。

蛍光体層３４には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層３４として、例えばアルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。

蛍光体層３４の光線ＢＬｐが入射する側とは反対側には、反射部（図示略）が設けられている。反射部は、蛍光体層３４で生成された黄色光ＹＬをピックアップ光学系１５側に向けて反射する。

蛍光体層３４から射出された黄色光ＹＬは、ピックアップ光学系１５によって平行光に変換される。ピックアップ光学系１５から射出された黄色光ＹＬは、波長分離機能を持っている偏光分離素子１４で反射し、第２のインテグレーター光学系１９に入射する。

第２のインテグレーター光学系１９は、黄色光用重畳レンズ２１とともに、被照明領域での黄色光ＹＬによる照度分布を均一化する。第２のインテグレーター光学系１９は、例えばレンズアレイ１９ａ、レンズアレイ１９ｂから構成されている。レンズアレイ１９ａ，１９ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有する。

第２のインテグレーター光学系１９を通過した黄色光ＹＬは、偏光変換素子２０に入射する。偏光変換素子２０は、例えば偏光分離膜と位相差板とを備えている。偏光変換素子２０は、黄色光ＹＬを直線偏光に変換する。

偏光変換素子２０を通過した黄色光ＹＬは、黄色光用重畳レンズ２１に入射する。黄色光用重畳レンズ２１は、偏光変換素子２０から射出された黄色光ＹＬを被照明領域である赤色光用および緑色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域上に重畳させる。本実施形態では、第２のインテグレーター光学系１９と黄色光用重畳レンズ２１とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。

詳細には、黄色光用重畳レンズ２１から射出された黄色光ＹＬは、反射ミラー２２で反射し、ダイクロイックミラー８により赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離される。赤色光ＬＲは、ダイクロイックミラー８を透過し、第３の反射ミラー７ｃおよびフィールドレンズ９Ｒを経て、赤色光用の光変調装置４Ｒの画像形成領域を照明する。一方、緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー８および第２の反射ミラー７ｂで反射した後、フィールドレンズ９Ｇを経て、緑色光用の光変調装置４Ｇの画像形成領域を照明する。

本実施形態の光源装置３は、第１の母線Ｐ１を有する第１のシリンドリカル面１１１を光入射端面１１Ａに有し、第１の母線Ｐ１と直交する第２の母線Ｐ２を有する第２のシリンドリカル面１１２を光射出端面１１Ｂに有するコリメーターレンズ１１を備えているため、このコリメーターレンズ１１で各青色光ＢＬを平行化することができる。そのため、本実施形態の光源装置３を製造する際には、発光部３０とコリメーターレンズ１１とを位置合わせすれば良い。これにより、部品点数の削減と工程数の削減が図れ、光源装置３を容易に製造することができる。

また、本実施形態においては、コリメーターレンズ１１の設計を最適化することにより、コリメーターレンズ１１を通過した後の青色光ＢＬの断面のアスペクト比を略１とすることができる。そのため、被照明領域における照度分布の均一性を高められる。

以上述べたように、本実施形態によれば、製造が容易な光源装置３を用いてプロジェクター１が構成されているため、低コストなプロジェクターを実現することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置の構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源装置についてのみ説明する。
図６は、第２実施形態の光源装置の斜視図である。図６は、第１実施形態における図２に対応している。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態の光源装置５０は、複数の発光部５１と、複数のコリメーターレンズ５２と、を備えている。複数の発光部５１のうち一つの発光部５１は、複数の発光素子４０と、複数の発光素子４０を支持する支持部材５３と、を備える。支持部材５３は、ベース部５３Ａと、第１の段部５３Ｂ１と、第２の段部５３Ｂ２と、を備える。第１の段部５３Ｂ１は第１面５３ｐ１を有する。複数の発光素子４０は第１面５３ｐ１に支持され、１列に配列されている。第１実施形態の光源装置３は１個のコリメーターレンズ１１を備えていたのに対して、第２実施形態の光源装置５０は複数のコリメーターレンズ５２を備えている。

第１実施形態と同様、発光素子４０から射出される青色光ＢＬの主光線の方向を第１の方向（Ｙ方向）とする。第１面５３ｐ１に支持された複数の発光素子４０が配列された方向であって、第１の方向と直交する方向を第２の方向（Ｘ方向）とする。Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。便宜上、図６において、Ｚ座標が増加する方向を上方向と称し、Ｚ座標が減少する方向を下方向と称する。これに加えて、第２実施形態では、ベース部５３Ａの第１面５３Ａ１が延在する方向であって、ＹＺ面と平行な方向を第３の方向（図６の矢印Ｄで示す方向）とする。第１の段部５３Ｂ１と第２の段部５３Ｂ２とは、第３の方向に配列されている。第３の方向と第１の方向とは、０°より大きく９０°より小さい角度をなしている。

第１の段部５３Ｂ１および第２の段部５３Ｂ２の各々は、Ｘ方向に垂直な断面が直角三角形状を呈する棒状の部材である。Ｘ方向と平行な方向から見たとき、第１の段部５３Ｂ１の断面形状である直角三角形の斜辺がベース部５３Ａの第１面５３Ａ１に対向している。同様に、第２の段部５３Ｂ２の断面形状である直角三角形の斜辺がベース部５３Ａの第１面５３Ａ１に対向している。第１の段部５３Ｂ１が有する複数の面のうち、第１面５３ｐ１はＸＹ面と平行である。第２の段部５３Ｂ２が有する複数の面のうち、第１面５３ｐ２はＸＹ面と平行である。

本実施形態に係る光源装置５０は、複数の発光部５１を備えているため、ベース部５３Ａには、複数の第１の段部５３Ｂ１と複数の第２の段部５３Ｂ２とが、ベース部５３Ａの上部から下部に向けて第３の方向に沿って、第１の段部５３Ｂ１、第２の段部５３Ｂ２、第１の段部５３Ｂ１、第２の段部５３Ｂ２、…というように交互に設けられている。

一つの発光部５１が備える第１の段部５３Ｂ１と第２の段部５３Ｂ２とは、段差部を構成している。具体的には、第１の段部５３Ｂ１の第１面５３ｐ１と第２の段部５３Ｂ２の第１面５３ｐ２とが段差部を構成している。第１の段部５３Ｂ１の第１面５３ｐ１は第２の段部５３Ｂ２の第１面５３ｐ２よりも上部に位置している。第１の段部５３Ｂ１の第１面５３ｐ１は、特許請求の範囲に記載の第１の面に相当し、第２の段部５３Ｂ２の第１面５３ｐ２は、特許請求の範囲に記載の第２の面に相当する。

複数の発光素子４０は、第１の段部５３Ｂ１の第１面５３ｐ１に第２の方向に沿って所定の間隔をおいて支持されている。コリメーターレンズ５２は、光入射端面５２Ａを構成する第１のシリンドリカル面５２１の第１の母線Ｐ１と第１面５３ｐ１とが略平行となるように、第２の段部５３Ｂ２の第１面５３ｐ２に支持されている。本実施形態の場合、５個の発光素子４０が第１面５３ｐ１に設けられている。５個の発光素子４０に対応して、コリメーターレンズ５２の光射出端面５２Ｂは、Ｘ方向に並んだ５つの第２のシリンドリカル面５２２を有する。各第２のシリンドリカル面５２２の第２の母線Ｐ２はＺ方向と平行である。第１の母線Ｐ１と第２の母線Ｐ２とは直交している。

第２実施形態の場合、第１面５３ｐ１上に設けられた発光素子４０から射出された青色光ＢＬは、第１面５３ｐ１の下側に位置する第１面５３ｐ２上に設けられたコリメーターレンズ５２に入射する。すなわち、一つの第１面５３ｐ１に支持された５個の発光素子４０から射出された各青色光ＢＬは、当該第１面５３ｐ１の下側に位置する第１面５３ｐ２に支持されたコリメーターレンズ５２の第１のシリンドリカル面５２１に入射し、対応する第２のシリンドリカル面５２２から射出される。なお、第１面５３ｐ１および第１面５３ｐ２によって構成される段差の高さは、５個の発光素子４０から射出された各青色光ＢＬの入射位置が略第１の母線Ｐ１上に位置するように、設定されている。

第２実施形態においても、コリメーターレンズ５２は一体成型されたものであることが望ましい。一体成型されたコリメーターレンズ５２であれば、部品点数の削減と工程数の削減が図れ、光源装置を容易に製造できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、第１実施形態では、鉛直方向（Ｚ方向）に延在するベース部を有する支持部材に発光素子が支持されていたのに対し、第２実施形態の場合、鉛直方向（Ｚ方向）から傾斜した第３の方向（Ｄ方向）に延在するベース部５３Ａを有する支持部材５３に発光素子４０が支持されている。そのため、第２実施形態の場合、ベース部５３Ａ全体に対する複数の発光素子４０の配置密度を、第１実施形態のベース部１０Ａ全体に対する複数の発光素子４０の配置密度よりも低くすることができる。これにより、複数の発光素子４０から発せられた熱を、ベース部５３Ａを介して効率良く排出することができる。

なお、本発明の一実施形態を例示して説明したが、本発明は上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば第１実施形態では、第１の方向と平行な方向から見たとき、複数の発光素子が２次元に配列されていたが、１次元に配列されていてもよい。また、複数の発光素子を支持する支持部材については、実施形態の構成に限らず、適宜変更が可能である。その他、光源装置の各構成要素の数、形状、配置等についても、適宜変更が可能である。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置を備えるプロジェクターを例示したが、１つの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。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。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、３…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、１０，５３…支持部材、１０Ａ…ベース部、１０Ｂ…段部、５３Ｂ１…第１の段部、５３Ｂ２…第２の段部、１１，５２…コリメーターレンズ、１１Ａ，５２Ａ…光入射端面、１１Ｂ，５２Ｂ…光射出端面、３０，５１…発光部、４０…発光素子、１１１，５２１…第１のシリンドリカル面、１１２，５２２…第２のシリンドリカル面、Ｐ１…第１の母線、Ｐ２…第２の母線。

Claims (7)

1. 少なくとも一つの発光素子を備えた発光部と、前記少なくとも一つの発光素子のうち一つの発光素子から第１の方向に射出された光が入射するコリメーターレンズと、を備え、
   前記コリメーターレンズの光入射端面は、第１の母線を有する第１のシリンドリカル面を有し、
   前記コリメーターレンズの光射出端面は、前記第１の母線と直交する第２の母線を有する第２のシリンドリカル面を有し、
   前記第１のシリンドリカル面の前記第１の母線と垂直な断面は、双曲線で近似される形状を有し、
   前記第２のシリンドリカル面の前記第２の母線と垂直な断面は、楕円で近似される形状を有し、
   前記光が前記コリメーターレンズに入射する前において、前記光の前記第２の母線と平行な面内での発散角は、前記光の前記第１の母線と平行な面内での発散角よりも大きい、光源装置。
2. 円錐定数をＫ、前記コリメーターレンズの屈折率をｎとしたとき、前記第１のシリンドリカル面の前記断面は、Ｋ＝−ｎ^２で表される双曲線で近似される形状を有する、請求項１に記載の光源装置。
3. 円錐定数をＫとしたとき、前記第２のシリンドリカル面の前記断面は、−１＜Ｋ＜０で表される楕円で近似される形状を有する、請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記光入射端面と前記光射出端面との間の距離は、前記光入射端面の有効径よりも大きい、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記少なくとも一つの発光素子は複数の発光素子からなり、
   前記発光部は、前記第１の方向に対して傾斜した方向に延在するベース部と、前記ベース部に支持された、第１の段部および第２の段部と、を備え、
   前記第１の段部は、前記第１の方向と直交する第２の方向と平行な第１の面を有し、
   前記第２の段部は、前記第２の方向と平行な第２の面を有し、
   前記第１の面と前記第２の面とは段差を構成し、
   前記複数の発光素子は、前記第１の面に支持されるとともに、前記第２の方向に沿って１列に配列されており、
   前記コリメーターレンズは、前記第１の母線と前記第１の面とが略平行となるように、前記第２の面に支持されている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記コリメーターレンズは一体成型されている、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を生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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