JP2019045529A - 光源装置、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体およびレンズの温度上昇を低減できる光源装置を提供する。また、前記光源装置を備える照明装置を提供する。また、前記光源装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】少なくとも一つの発光素子を有し、第１の成分を含む光を射出する光源部と、光の光路上に設けられた集光制御凹レンズと、集光制御凹レンズを透過した光の光路上に設けられた波長分離素子と、波長分離素子から射出された第１の成分の光路上に設けられた第１の集光光学系と、第１の集光光学系を透過した第１の成分が集光するように入射する第１面と第１面と対向する第２面とを有する蛍光体層と、蛍光体層の第２面側に設けられ、蛍光体層から射出された蛍光光を第１の集光光学系に向けて反射する反射部と、を備える光源装置である。第１面は、第１の成分の仮想集光点よりも第１の集光光学系側に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

近年、半導体レーザー等の固体光源と、固体光源からの励起光を蛍光に変換する蛍光体とを用いた光源装置がある。例えば、下記特許文献１に開示の光源装置では、長焦点レンズを配置することで、励起光の集光位置を蛍光体からずらしている。これにより、蛍光体層の温度上昇を低減させるようにしている。

特開２０１６−１９１８４４号公報

上記光源装置では、長焦点レンズとして凸レンズを用いるため、長焦点レンズを光路中に挿入することによって、励起光の集光位置は蛍光体からレンズ系側に移動する。すると、レンズ系を構成するレンズにおける励起光の集光度が高くなって該レンズの温度上昇を招くという問題が生じる。

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、蛍光体およびレンズの温度上昇に伴う不具合を低減できる光源装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備える照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記光源装置を備える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、少なくとも一つの発光素子を有し、第１の成分を含む光を射出する光源部と、前記光の光路上に設けられた集光制御凹レンズと、前記集光制御凹レンズを透過した前記光の光路上に設けられた波長分離素子と、前記波長分離素子から射出された第１の成分の光路上に設けられた第１の集光光学系と、前記第１の集光光学系を透過した前記第１の成分が集光するように入射する第１面と、該第１面と対向する第２面と、を有する蛍光体層と、前記蛍光体層の前記第２面側に設けられ、前記蛍光体層から射出された蛍光光を前記第１の集光光学系に向けて反射する反射部と、を備え、前記第１面は、前記第１の成分の仮想集光点よりも前記第１の集光光学系側に設けられている光源装置が提供される。

本明細書において、蛍光体層と反射部とが存在しない場合に、第１の集光光学系の作用によって第１の成分が最も細くなる点を仮想集光点と称する。

第１態様に係る光源装置では、集光制御凹レンズを第１の成分の光路上に設けたことによって、第１の成分の仮想集光点と第１の集光光学系との間に蛍光体層の第１面が位置している。よって、第１の成分が蛍光体層の第１面上に集光している場合と比較して、蛍光体層の第１面における第１の成分の光密度が低い。そのため、蛍光体層の温度上昇が低減され、温度上昇による蛍光体層の変換効率の低下が低減される。よって、明るい蛍光光が生成される。また、第１の集光光学系における第１の成分の光密度が低減されるので、第１の集光光学系の温度上昇が低減される。したがって、蛍光体層および第１の集光光学系の温度上昇に伴う不具合が低減される。

上記第１態様において、前記光源部と前記波長分離素子との間に設けられた拡散部をさらに備えるのが好ましい。

この構成によれば、第１の成分が拡散されるので、蛍光体層の第１面上での第１の成分による照度分布の均一性が向上する。よって、蛍光体層の温度上昇がさらに低減される。

上記第１態様において、前記集光制御凹レンズは、互いに対向している平坦面と凹面とを含む平凹レンズで構成されており、前記平坦面に設けられているのが好ましい。

この構成によれば、集光制御凹レンズと拡散部とを一体に形成できるので、部品点数の削減および小型化を図ることができる。

上記第１態様において、前記拡散部は、前記平坦面に形成された曲面からなる凹凸構造で構成されているのが好ましい。

この構成によれば、例えば反射防止膜を拡散部の表面に良好に形成することができる。よって、光源部から射出された光が拡散部の表面で反射され難い。

上記第１態様において、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、
前記複数の発光素子は矩形状の領域に配置されているのが好ましい。

各発光素子から射出された光はデフォーカス状態で第１面に入射する。デフォーカス状態で入射する光が第１面上に形成する照明領域の形状は、複数の発光素子が配置される領域の形状に近づく。すなわち、照明領域の形状は略矩形状となるので、レンズインテグレーターを用いた場合に近い照度分布を持つ照明領域を形成できる。

本発明の第２態様に従えば、上記第１態様の光源装置と、前記波長分離素子側からこの順に設けられた、位相差素子と第２の集光光学系と拡散反射素子と、を備え、前記光源部から射出された前記光は、前記第１の成分とは偏光状態が異なる第２の成分をさらに含み、前記波長分離素子は、前記第１の成分と前記第２の成分とを互いに分離する偏光分離機能を持ち、前記位相差素子と前記第２の集光光学系と前記拡散反射素子とは、前記波長分離素子によって分離された前記第２の成分の光路上に設けられており、前記拡散反射素子は、前記第２の成分を前記第２の集光光学系に向けて反射させるように設けられており、前記波長分離素子は、前記蛍光体層から射出された前記蛍光光と、前記拡散反射素子によって反射された前記第２の成分と、を合成して照明光を生成する照明装置が提供される。

第２態様に係る照明装置では、蛍光体層および第１の集光光学系の温度上昇に伴う不具合が低減されている。

本発明の第３態様に従えば、上記第１態様の光源装置と、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が提供される。

第３態様に係るプロジェクターでは、蛍光体層および第１の集光光学系の温度上昇に伴う不具合が低減されている。

本発明の第４態様に従えば、上記第２態様の照明装置と、前記照明装置からの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が提供される。

第４態様に係るプロジェクターでは、蛍光体層および第１の集光光学系の温度上昇に伴う不具合が低減されている。

第一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。 照明装置の概略構成を示す図である。 基板上に配置された複数の発光素子を光軸と平行な方向に見た図。 集光制御光学系を用いない場合の光線束の集光状態を示す図。 集光制御光学系が拡散部を備えない場合の光線束の集光状態を示す図。 集光制御光学系が拡散部を備える場合の光線束の集光状態を示す図。 集光制御光学系を用いない場合の照明領域を示す図。 集光制御光学系が拡散部を備えない場合の照明領域を示す図。 集光制御光学系が拡散部を備える場合の照明領域を示す図。 第二実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図。 第１光源装置の概略構成を示す図。 励起光の集光状態を示す図。 第２光源装置の概略構成を示す図。

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。

（第一実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る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、照明装置２と、色分離光学系３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。

色分離光学系３は、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、ダイクロイックミラー７ａ及びダイクロイックミラー７ｂと、全反射ミラー８ａ、全反射ミラー８ｂ及び全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。

ダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光を反射する。ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過させる。

全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。全反射ミラー８ｂ及び全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中におけるダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，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。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

また、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、この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ている。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、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）
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置２について説明する。図２は照明装置２の概略構成を示す図である。なお、図２では図を単純にするため、照明装置２内における光の光路をすべて直線で模式的に図示した。

図２に示すように、照明装置２は、光源装置２Ａと、第２の位相差板２８ｂと、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

光源装置２Ａは、光源部２０と、集光制御光学系２１と、波長分離素子２５と、第１のピックアップ光学系２６と、蛍光発光素子２７と、を有している。光源部２０は、光源ユニット２０Ａと第１の位相差板２８ａとを含む。

照明装置２において、光源ユニット２０Ａと、第１の位相差板２８ａと、集光制御光学系２１と、波長分離素子２５と、第２の位相差板２８ｂと、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次配置されている。

また、蛍光発光素子２７と、第１のピックアップ光学系２６と、波長分離素子２５と、インテグレーター光学系３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、光軸ａｘ２上に順次配置されている。光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。光軸ａｘ２は照明装置２の照明光軸に相当する。

光源ユニット２０Ａは、基板５０と、基板５０上に配置された複数の発光素子５１と、フレーム５２と、カバーガラス５３とを備えている。複数の発光素子５１は、基板５０とフレーム５２とカバーガラス５３とに囲まれた空間に収容されている。カバーガラス５３には、複数のコリメーターレンズ５３ａが一体に設けられている。

図３は基板５０上に配置された複数の発光素子５１を光軸ａｘ１と平行な方向に見た図である。図３に示すように、複数の発光素子５１は、基板５０上の素子配置領域Ｓにマトリクス状（例えば、５行４列で合計２０個）に配置されている。素子配置領域Ｓとは、複数の発光素子５１のうち最も外側に配置される発光素子５１の外形を結んで形成される領域である。本実施形態において、素子配置領域Ｓは矩形状となっている。

図２に示すように、発光素子５１は、例えば青色の直線偏光である光線Ｂ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する半導体レーザーからなる。複数のコリメーターレンズ５３ａは、複数の光線Ｂの各々の光路に設けられている。コリメーターレンズ５３ａは、凸レンズで構成されている。コリメーターレンズ５３ａは、対応する発光素子５１から射出された光線Ｂを平行化する。
このような構成に基づいて、本実施形態の光源ユニット２０Ａは平行化された複数の光線Ｂからなる光ＢＬを射出するようになっている。

第１の位相差板２８ａは、例えば、光学軸を光軸ａｘ１の周りに回転可能とされた１／２波長板である。第１の位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２８ａを透過した光ＢＬを、波長分離素子２５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分ＢＬｐとを所定の比率で含む光とすることができる。以下、Ｓ偏光成分を光線束ＢＬｓと称し、Ｐ偏光成分を光線束ＢＬｐと称する。本実施形態において、第１の位相差板２８ａは、後述する集光制御光学系２１の前段に配置されるが、集光制御光学系２１の後段に配置されていてもよい。

光線束ＢＬｓおよび光線束ＢＬｐを含む光ＢＬは集光制御光学系２１を透過して波長分離素子２５に入射する。なお、集光制御光学系２１の構成については後述する。

波長分離素子２５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る。波長分離素子２５は、光ＢＬを光線束ＢＬｓと光線束ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、波長分離素子２５は、Ｓ偏光成分の光線束ＢＬｓを反射させ、Ｐ偏光成分の光線束ＢＬｐを透過させる。本実施形態において、光線束ＢＬｓは特許請求の範囲に記載の「第１の成分」に相当し、光線束ＢＬｐは特許請求の範囲に記載の「第２の成分」に相当し、光ＢＬは特許請求の範囲に記載の「光」に相当する。

波長分離素子２５は、光ＢＬとは波長帯が異なり、蛍光体層３４から射出される蛍光光ＹＬを透過させる色分離機能を有している。

波長分離素子２５で反射されたＳ偏光成分の光線束ＢＬｓは、第１のピックアップ光学系２６に入射する。本実施形態において、第１のピックアップ光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成されている。第１のピックアップ光学系２６を透過した光線束ＢＬｓは、集光しながら蛍光発光素子２７に入射する。本実施形態において、第１のピックアップ光学系２６は特許請求の範囲の「第１の集光光学系」に相当する。

蛍光発光素子２７は、蛍光体層３４と、反射部３５と、支持部材３６と、放熱部材３７とを有する。蛍光体層３４は、複数のＹＡＧ蛍光体粒子が焼結された焼結体である。蛍光体層３４は、光線束ＢＬｓが入射する光入射面３４Ａと、該光入射面３４Ａに対向する下面３４Ｂとを有する。光入射面３４Ａは特許請求の範囲に記載の「第１面」に相当し、下面３４Ｂは特許請求の範囲に記載の「第２面」に相当する。

蛍光体層３４は、光線束ＢＬｓによって励起され、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを射出する。この蛍光体層３４は、有機のバインダーを含む蛍光体層に比べて耐熱性に優れている。

反射部３５は蛍光体層３４の下面３４Ｂ側に設けられる。蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち一部は光入射面３４Ａから外部へと射出される。また、蛍光体層３４で生成された蛍光光ＹＬのうち残りの蛍光光ＹＬは反射部３５によって反射され、光入射面３４Ａから外部へと射出される。反射部３５としては反射率が高いものが好ましく、本実施形態では誘電体多層膜を用いた。
このような構成に基づき、蛍光光ＹＬが蛍光体層３４から第１のピックアップ光学系２６に向けて射出される。

支持部材３６は、反射部３５を形成した蛍光体層３４を支持する。支持部材３６としては熱伝導性に優れたものが好ましく、本実施形態では、例えば銅板やアルミニウム板を用いた。

放熱部材３７は、支持部材３６における蛍光体層３４の支持面と反対側に設けられている。放熱部材３７は、複数のフィン３７ａを有するヒートシンクから構成される。
蛍光体層３４からの熱は支持部材３６および放熱部材３７を介して放出し、蛍光体層３４の温度が低下する。

第１のピックアップ光学系２６は蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬを平行化するために、第１のピックアップ光学系２６の合成焦点は蛍光体層３４の光入射面３４Ａの近傍に位置している。仮に光線束ＢＬｓが平行光として第１のピックアップ光学系２６に入射した場合、光線束ＢＬｓは光入射面３４Ａにピントが合った状態で入射する。この場合、該光線束ＢＬｓは光入射面３４Ａ上に一つのスポットを形成する。そのため、光入射面３４Ａ上における光線束ＢＬｓの光密度が高くなって蛍光体層３４の温度が上昇し、蛍光光ＹＬの変換効率が低下する。

これに対し、本実施形態では、集光制御光学系２１を設けたことにより、光線束ＢＬｓの仮想集光点Ｐと第１のピックアップ光学系２６との間に蛍光体層３４の光入射面３４Ａが位置している。

すなわち、蛍光体層３４の光入射面３４Ａにピントが合わない状態（デフォーカス状態）で光線束ＢＬｓを光入射面３４Ａに入射させることで、光入射面３４Ａにおける光線束ＢＬｓの光密度を低減している。

具体的に、本実施形態の光源装置２Ａは、光線束ＢＬｓの仮想集光点Ｐを制御する手段として集光制御光学系２１を備えている。以下、集光制御光学系２１の構成およびその作用効果について説明する。

図２に示すように、集光制御光学系２１は、集光制御凹レンズ２１Ａと、拡散部２１Ｂとを有する。
集光制御凹レンズ２１Ａは平凹レンズで構成され、凹面２１ａを波長分離素子２５側に向けるように配置されている。拡散部２１Ｂは、集光制御凹レンズ２１Ａを構成する平凹レンズの平坦面に形成されている。集光制御凹レンズ２１Ａと拡散部２１Ｂとが一体に形成されているので、部品点数の削減および小型化を図ることができる。

拡散部２１Ｂは、例えば、曲面からなる凹凸構造で構成されている。本実施形態において、拡散部２１Ｂの表面はなめらかな曲面で構成されている。そのため、拡散部２１Ｂの表面には、例えば反射防止膜２２が良好に形成されている。これにより、光源部２０から射出された光ＢＬが拡散部２１Ｂの表面で反射され難く、集光制御光学系２１に効率良く入射する。

なお、拡散部２１Ｂは集光制御凹レンズ２１Ａと別部材で構成されていても良い。拡散部２１Ｂを集光制御凹レンズ２１Ａと別体で構成する場合において、拡散部２１Ｂは光源部２０と波長分離素子２５との間であればいずれの位置に配置してもよい。また、集光制御凹レンズ２１Ａは平坦面を波長分離素子２５側に向け、凹面２１ａを光源部２０側に向けて配置されていてもよい。

以下、集光制御光学系２１による作用効果について説明する。ここで、第１のピックアップ光学系２６を透過した光線束ＢＬｓが光入射面３４Ａを含む面上に形成する照明領域について考える。

図４Ａは比較例として集光制御光学系２１を用いない場合の光線束ＢＬｓの集光状態を示す図であり、図４Ｂは集光制御光学系２１が拡散部２１Ｂを備えていない場合の光線束ＢＬｓの集光状態を示す図であり、図４Ｃは集光制御光学系２１が拡散部２１Ｂを備えている場合の光線束ＢＬｓの集光状態を示す図である。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃでは、光ＢＬの光路上において集光制御光学系２１と第１のピックアップ光学系２６との間に位置する波長分離素子２５の図示を省略している。

蛍光体層３４は光線束ＢＬｓを散乱させる。図４Ｂ及び図４Ｃでは、散乱光を模式的に符号ＢＳで示した。既に述べたように本明細書では、蛍光体層３４と反射部３５とが存在しない場合に、第１のピックアップ光学系２６の作用によって光線束ＢＬｓが最も細くなる点を仮想集光点Ｐと定義している。図４Ｂ及び図４Ｃでは、蛍光体層３４と反射部３５とが存在しない場合の光線束ＢＬｓの集光状態を破線で示した。

図５Ａは比較例における光線束ＢＬｓによる照明領域を示す図であり、図５Ｂは集光制御光学系２１が拡散部２１Ｂを備えていない場合の照明領域を示す図であり、図５Ｃは集光制御光学系２１が拡散部２１Ｂを備えている場合の照明領域を示す図である。

比較例では、図４Ａに示すように、平行光として第１のピックアップ光学系２６に入射した光線束ＢＬｓは、光入射面３４Ａ上に集光する。そのため、図５Ａに示すように光線束ＢＬｓは矩形状の１つのスポットからなる照明領域ＳＡを光入射面３４Ａ上に形成する。このようにして形成された照明領域ＳＡの光密度は非常に高く、ピーク強度も高いため、蛍光体層３４の変換効率を低下させる。なお、光線束ＢＬｓが光入射面３４Ａ上に集光するということは、光入射面３４Ａが第１のピックアップ光学系２６の焦点に位置している、ということである。このことは、蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬが第１のピックアップ光学系２６によって平行化されるためには必要な条件である。

一方、図４Ｂに示すように、平行光として集光制御凹レンズ２１Ａに入射した光ＢＬは、集光制御凹レンズ２１Ａによって発散光に変換され、第１のピックアップ光学系２６に入射する。そのため、光入射面３４Ａは光線束ＢＬｓの仮想集光点Ｐと第１のピックアップ光学系２６との間に位置している。

このように、複数の光線Ｂからなる光線束ＢＬｓはデフォーカス状態で光入射面３４Ａに入射する。そのため、図５Ｂに示すように、複数の光線Ｂ各々が光入射面３４Ａ上に形成するスポットは互いに部分的に重なっているが、全体としては離散的に分布した照明領域ＳＡ１を形成している。なお、ここでも光入射面３４Ａは第１のピックアップ光学系２６の焦点に位置している。図２に示したように、集光制御光学系２１は蛍光光ＹＬの光路上には存在しないため、蛍光光ＹＬは第１のピックアップ光学系２６によって平行化され、平行光としてインテグレーター光学系３１に入射する。

複数の発光素子５１が配置されている素子配置領域Ｓ（図３参照）の形状は略矩形状であるため、照明領域ＳＡ１の形状も略矩形状である。この照明領域ＳＡ１における光密度は、照明領域ＳＡにおける光密度よりも低く、かつ、光線束ＢＬｓのピーク強度も低い。すなわちレンズインテグレーターを用いることなく、レンズインテグレーターを用いた場合の分布に近い分布を持つ照明領域ＳＡ１が得られる。

本実施形態の集光制御光学系２１は拡散部２１Ｂをさらに備えるため、図４Ｃに示すように、凹面２１ａによる発散作用に加え、拡散部２１Ｂによる拡散作用が得られる。そのため、図５Ｂに示した照明領域ＳＡ１を構成する離散的に分布する複数のスポット同士の隙間は、拡散部２１Ｂによる拡散効果によって埋められる。これにより、図５Ｃに示すように、照度分布の均一性が更に高い照明領域ＳＡ２を形成できる。

なお、照明領域ＳＡ１の大きさが被照明領域（蛍光体層３４の光入射面３４Ａ）の大きさよりも小さい場合、拡散部２１Ｂによって光線束ＢＬｓを拡散させた場合でも、図５Ｃに示したような略矩形状の照明領域ＳＡ２を得ることは容易ではない。

そのため、本実施形態の凹面２１ａは、照明領域ＳＡ１の大きさが被照明領域の大きさと同程度になるような屈折力を備えている。これにより、図５Ｃに示した照明領域ＳＡ２を光入射面３４Ａ上に形成できる。

以上述べたように、本実施形態の光源装置２Ａは集光制御光学系２１を備えているため、光線束ＢＬｓの仮想集光点Ｐと第１のピックアップ光学系２６との間に蛍光体層３４の光入射面３４Ａが位置している。よって、従来技術とは異なり、第１のピックアップ光学系２６を構成しているレンズ、例えば第２レンズ２６ｂにおける光密度が高くなるのを防止できる。よって、第１のピックアップ光学系２６を構成する第１レンズ２６ａおよび第２レンズ２６ｂの温度上昇を低減できる。

また、本実施形態の光源装置２Ａによれば、デフォーカス状態で光線束ＢＬｓを蛍光体層３４の光入射面３４Ａに入射させるので、光入射面３４Ａにおける光密度を低減することができる。これにより、温度上昇による蛍光体層３４の変換効率の低下を低減することができるので、よって、蛍光体層３４は明るい蛍光光ＹＬを生成できる。

また、本実施形態の光源装置２Ａによれば、集光制御光学系２１によって蛍光体層３４の光入射面３４Ａの光密度を低減させつつ、均一な照度分布を得ることができる。よって、従来のようにレンズインテグレーターを用いる場合に比べてコストを低減できる。

図２に戻って、蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬは、第１のピックアップ光学系２６に入射する。第１のピックアップ光学系２６は、蛍光光ＹＬをピックアップするとともに平行光に変換し、蛍光光ＹＬを波長分離素子２５に入射させる。蛍光光ＹＬは、波長分離素子２５を透過してインテグレーター光学系３１に向けて進む。

一方、波長分離素子２５を透過したＰ偏光の光線束ＢＬｐは、第２の位相差板２８ｂによって右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換され、第２のピックアップ光学系２９に入射する。第２の位相差板２８ｂは、１／４波長板から構成されている。

第２のピックアップ光学系２９は、例えば、２つのレンズ２９ａおよびレンズ２９ｂから構成され、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散反射素子３０に入射させる。本実施形態において、第２のピックアップ光学系２９は特許請求の範囲に記載の「第２の集光光学系」に相当し、第２の位相差板２８ｂは特許請求の範囲に記載の「位相差素子」に相当する。

本実施形態において、青色光ＢＬｃ１を構成する光線束ＢＬｐは光線束ＢＬｓと同様、集光制御光学系２１の作用によって、デフォーカス状態で拡散反射素子３０に入射する。そのため、青色光ＢＬｃ１は拡散反射素子３０上に略均一な照度分布のスポットを形成することができる。これにより、青色光ＢＬｃ１は拡散反射素子３０にダメージを与えることがない。

拡散反射素子３０は、第２のピックアップ光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を波長分離素子２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。

以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光ＢＬｃ２が得られる。右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射される。

青色光ＢＬｃ２は第２のピックアップ光学系２９によって平行光に変換された後に再び第２の位相差板２８ｂを透過してＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。青色光ＢＬｓ１は、波長分離素子２５によってインテグレーター光学系３１に向けて反射される。

青色光ＢＬｓ１及び蛍光光ＹＬは、波長分離素子２５から互いに同一方向に向けて射出され、青色光ＢＬｓ１と蛍光光ＹＬとが混ざった白色の照明光ＷＬが生成される。すなわち、波長分離素子２５は、蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬと、拡散反射素子３０によって反射された青色光ＢＬｓ１とを合成して照明光ＷＬを生成する。

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に入射する。インテグレーター光学系３１は、例えば、レンズアレイ３１ａ，レンズアレイ３１ｂから構成されている。レンズアレイ３１ａ，３１ｂ各々は、アレイ状に配列された複数の小レンズを備えている。

インテグレーター光学系３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、複数の偏光分離膜と複数の位相差板とから構成されている。偏光変換素子３２は、非偏光の蛍光光ＹＬを含む照明光ＷＬを直線偏光に変換する。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はインテグレーター光学系３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。このようにして、照明装置２は照明光ＷＬを射出する。

本実施形態の照明装置２は、明るい蛍光光ＹＬを含んだ照明光ＷＬを射出することができる。したがって、この照明装置２を備える本実施形態のプロジェクター１は、明るく良質な画像を表示することができる。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係るプロジェクターについて説明する。以下の説明では、第一実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その詳細については省略若しくは簡略化する。

図６は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態のプロジェクター１０１は、第１光源装置１０２Ａと、第２光源装置１０２Ｂと、色分離光学系１０３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。第１光源装置１０２Ａは特許請求の範囲に記載の「光源装置」に相当する。

第１光源装置１０２Ａは、赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧを含む蛍光光ＹＬを色分離光学系１０３に向けて射出する。第２光源装置１０２Ｂは、青色光Ｂ１を色分離光学系１０３に向けて射出する。

色分離光学系１０３は、ダイクロイックミラー７ａと、全反射ミラー８ｂと、全反射ミラー８ａと、全反射ミラー８ｃとを備える。色分離光学系１０３は、第１光源装置１０２Ａから射出された黄色の蛍光光ＹＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離し、対応する光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇに導く。また、色分離光学系１０３は、第２光源装置１０２Ｂから射出された青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。

図７は第１光源装置１０２Ａの概略構成を示す図である。図７に示すように、第１光源装置１０２Ａは、光源ユニット２０Ａと、集光制御光学系２１と、波長分離素子１２５と、ピックアップ光学系１２６と、蛍光発光素子２７と、第１レンズアレイ１６と、第２レンズアレイ１７と、偏光変換素子１８と、重畳レンズ１９とを備える。

本実施形態において、光源ユニット２０Ａは、複数の光線Ｂを含む平行光束からなる励起光ＢＬ１を射出する。

波長分離素子１２５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る。波長分離素子１２５は、青色光からなる励起光ＢＬ１を反射し、黄色光からなる蛍光光ＹＬを透過する色分離機能を有したダイクロイックミラーから構成される。本実施形態において、光源ユニット２０Ａから射出された励起光ＢＬ１は特許請求の範囲に記載の「第１の成分」に相当する。

図８は励起光ＢＬ１の集光状態を示す図である。
本実施形態においても、図８に示したように、励起光ＢＬ１の仮想集光点Ｐ１と第１のピックアップ光学系１２６との間に光入射面３４Ａが位置しているので、ピックアップ光学系１２６における光密度を低減できる。よって、ピックアップ光学系１２６を構成するピックアップレンズ１２６ａ，１２６ｂの温度上昇を低減できる。

また、本実施形態の第１光源装置１０２Ａによれば、デフォーカス状態で励起光ＢＬ１を蛍光体層３４の光入射面３４Ａに入射させるので、光入射面３４Ａにおける光密度が低減される。よって、蛍光体層３４の変換効率の低下を低減できる。したがって、蛍光体層３４は明るい蛍光光ＹＬを生成できる。

蛍光体層３４から射出された蛍光光ＹＬはピックアップ光学系１２６に入射する。ピックアップ光学系１２６は、蛍光光ＹＬを平行化し、第１レンズアレイ１６と第２レンズアレイ１７とからなるインテグレーター光学系１３１へと導く。

蛍光光ＹＬは、インテグレーター光学系１３１に入射する。第１レンズアレイ１６はアレイ状に配列された複数の第１小レンズ１６ａを備え、第２レンズアレイ１７はアレイ状に配列された複数の第２小レンズ１７ａを備えている。

インテグレーター光学系１３１を透過した蛍光光ＹＬは、偏光変換素子１８に入射する。偏光変換素子１８は、複数の偏光分離膜と複数の位相差板とから構成されている。偏光変換素子１８は、非偏光の蛍光光ＹＬを直線偏光に変換する。

偏光変換素子１８を透過した蛍光光ＹＬは、重畳レンズ１９に入射する。重畳レンズ１９はインテグレーター光学系１３１と協同して、被照明領域（光変調装置４Ｒ又は光変調装置４Ｇ）における蛍光光ＹＬによる照度分布を均一化する。

図９は第２光源装置１０２Ｂの概略構成を示す図である。図９に示すように、第２光源装置１０２Ｂは、第２光源部７０、コリメート光学系７１、集光光学系７２、拡散板７３、ピックアップ光学系７４、インテグレーター光学系７５及び重畳レンズ７６を備える。

第２光源部７０は、レーザー光からなる青色光Ｂ１を射出する半導体レーザー７０ａを有する。なお、第２光源部７０を構成する半導体レーザー７０ａは１つでも複数でもよい。

コリメート光学系７１はコリメートレンズ７１ａを有する。コリメートレンズ７１ａは、半導体レーザー７０ａに対応して配置されている。すなわち、半導体レーザー７０ａが複数設けられている場合、各半導体レーザー７０ａに対応してコリメートレンズ７１ａが複数設けられる。

集光光学系７２は、第１レンズ７２ａ及び第２レンズ７２ｂを備える。集光光学系７２は、全体として、青色光Ｂ１を略集光した状態で拡散板７３に入射させる。第１レンズ７２ａ及び第２レンズ７２ｂは、凸レンズからなる。

拡散板７３は、第２光源装置１０２Ｂからの青色光Ｂ１を所定の散乱度で散乱し、青色光Ｂ１の配光分布を蛍光光ＹＬの配光分布に似たものにする。拡散板７３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。

ピックアップ光学系７４は、レンズ７４ａ、７４ｂを備える。レンズ７４ａ、７４ｂはそれぞれ凸レンズからなる。ピックアップ光学系７４は拡散板７３で散乱された青色光Ｂ１を平行化してインテグレーター光学系７５に入射させる。

インテグレーター光学系７５は、レンズアレイ７５ａ，７５ｂを有する。レンズアレイ７５ａは青色光Ｂ１を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズ７５ａｍを有する。レンズアレイ７５ａは、レンズアレイ７５ａの複数の小レンズ７５ａｍに対応する複数の小レンズ７５ｂｍを有する。レンズアレイ７５ｂは、後段の重畳レンズ７６とともに、レンズアレイ７５ａの小レンズ７５ａｍの像を光変調装置４Ｂの画像形成領域もしくはその近傍に結像させる。

本実施形態において、第２光源装置１０２Ｂから射出された青色光Ｂ１は、全反射ミラー８ｃで反射され、フィールドレンズ３Ｂを通過して青色光用の光変調装置４Ｂの画像形成領域に入射する。

本実施形態のプロジェクター１０１によれば、明るい蛍光光ＹＬを射出する第１光源装置１０２Ａを備えるため、明るく良質な画像を表示することができる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、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、上記実施形態において、集光制御光学系２１が拡散部２１Ｂを備えている場合について説明したが、集光制御光学系２１は拡散部２１Ｂを備えていなくてもよい。

上記実施形態において、光源ユニット２０Ａから射出した第１の成分が波長分離素子２５あるいは波長分離素子１２５で反射されて蛍光発光素子２７に入射す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、第１の成分が波長分離素子２５あるいは波長分離素子１２５を透過して蛍光発光素子２７に入射する構成であってもよい。この場合、波長分離素子２５および波長分離素子１２５は蛍光光ＹＬを反射させる色分離機能を有する。

また、上記実施形態において、光源装置２Ａに対して集光制御光学系２１を着脱可能な構成としてもよい。光源部２０の、例えば実装精度のばらつきによって、光ＢＬの進行方向に僅かにずれが生じている場合がある。そのため、例えば、レンズパワーの異なる凹面２１ａを有する集光制御光学系２１を何種類か用意しておき、光ＢＬの進行方向のずれに応じて最適な集光制御光学系２１を選択してもよい。このようにすれば、光源部２０に個体差がある場合でも、光線束ＢＬｓの仮想集光点Ｐの位置を最適化して、光入射面３４Ａ上の照度分布の均一性を向上させることができる。

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。本発明による照明装置は、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。

１，１０１…プロジェクター、２…照明装置、２Ａ…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２０…光源部、２１Ａ…集光制御凹レンズ、２１Ｂ…拡散部、２５，１２５…波長分離素子、２６…第１のピックアップ光学系（第１の集光光学系）、２８ｂ…第２の位相差板（位相差素子）、２９…第２のピックアップ光学系（第２の集光光学系）、３０…拡散反射素子、３４…蛍光体層、３４Ａ…光入射面（第１面）、３４Ｂ…下面（第２面）、３５…反射部、５１…発光素子、７２…集光光学系、ＢＬ…光、ＢＬｓ…光線束（第１の成分）、ＢＬｐ…光線束（第２の成分）、ＢＬ１…励起光、Ｐ，Ｐ１…仮想集光点、ＹＬ…蛍光光、ＷＬ…照明光。

Claims (8)

1. 少なくとも一つの発光素子を有し、第１の成分を含む光を射出する光源部と、
   前記光の光路上に設けられた集光制御凹レンズと、
   前記集光制御凹レンズを透過した前記光の光路上に設けられた波長分離素子と、
   前記波長分離素子から射出された第１の成分の光路上に設けられた第１の集光光学系と、
   前記第１の集光光学系を透過した前記第１の成分が集光するように入射する第１面と、該第１面と対向する第２面と、を有する蛍光体層と、
   前記蛍光体層の前記第２面側に設けられ、前記蛍光体層から射出された蛍光光を前記第１の集光光学系に向けて反射する反射部と、を備え、
   前記第１面は、前記第１の成分の仮想集光点よりも前記第１の集光光学系側に設けられている
   光源装置。
2. 前記光源部と前記波長分離素子との間に設けられた拡散部をさらに備える
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記集光制御凹レンズは、互いに対向している平坦面と凹面とを含む平凹レンズで構成されており、
   前記拡散部は前記平坦面に設けられている
   請求項２に記載の光源装置。
4. 前記拡散部は、前記平坦面に形成された曲面からなる凹凸構造で構成されている
   請求項３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、
   前記複数の発光素子は矩形状の領域に配置されている
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記波長分離素子側からこの順に設けられた、位相差素子と第２の集光光学系と拡散反射素子と、を備え、
   前記光源部から射出された前記光は、前記第１の成分とは偏光状態が異なる第２の成分をさらに含み、
   前記波長分離素子は、前記第１の成分と前記第２の成分とを互いに分離する偏光分離機能を持ち、
   前記位相差素子と前記第２の集光光学系と前記拡散反射素子とは、前記波長分離素子によって分離された前記第２の成分の光路上に設けられており、
   前記拡散反射素子は、前記第２の成分を前記第２の集光光学系に向けて反射させるように設けられており、
   前記波長分離素子は、前記蛍光体層から射出された前記蛍光光と、前記拡散反射素子によって反射された前記第２の成分と、を合成して照明光を生成する
   照明装置。
7. 請求項１乃至５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。
8. 請求項６に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの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。