JP2019152831A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体に対する励起光の照射領域以外の領域に励起光が照射されることを低減できる、光源装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】複数の発光素子２１ａを含み、励起光を射出する光源部２０と、光源部から射出された励起光が入射する矩形状の入射面を有する波長変換層を含む波長変換素子４０と、入射面において、励起光の照射領域が矩形状となるように、励起光を入射面に入射させるレンズ群２４，２６と、入射面に直交する第１方向に沿う第１回転軸の周りに回動する回動動作を用いて、入射面に対する照射領域の位置を調整する調整装置と、を備える光源装置に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクター用途として、レーザー光源と蛍光体とを用いた光源装置が注目されている。一般的に、蛍光体を冷却することで、蛍光の変換効率が向上することが知られている。例えば、蛍光体を冷却する構成としては、蛍光体を形成した回転ホイールを回転させる構成がある。

しかしながら、回転ホイールの場合、蛍光体のサイズが大きくなることでコストアップを招いてしまう。これに対し、基板上に固定した固定型蛍光体に対してレーザー光を照射する光源装置も知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１２−１１８１１０号公報

しかしながら、固定型の蛍光体に対して励起光を照射する場合、励起光による照射領域以外の領域が励起光により照射されるおそれがある。当該照射領域以外の領域が励起光によって照射されると、蛍光の変換効率の低下や、蛍光体と基板との接合界面に励起光が入射することで当該接合界面の破壊を生じさせるおそれがあった。

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、蛍光体における励起光の照射領域以外の領域に励起光が照射されることを低減できる、光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

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、複数の発光素子を含み、励起光を射出する光源部と、前記光源部から射出された前記励起光が入射する矩形状の入射面を有する波長変換層を含む波長変換素子と、前記入射面において、前記励起光の照射領域が矩形状となるように、前記励起光を前記入射面に入射させるレンズ群と、前記入射面に直交する第１方向に沿う第１回転軸の周りに回動する回動動作を用いて、前記入射面に対する前記照射領域の位置を調整する調整装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の一つの態様の光源装置では、第１回転軸周りの回動動作を用いて入射面に対する照射領域の位置を調整するので、入射面において励起光の照射領域以外の領域に励起光が照射されることが抑制される。
これにより、波長変換層の入射面に励起光が効率良く入射するようになるので、波長変換効率の低下が抑制できる。また、励起光が波長変換層の側端部に入射しないため、熱の蓄積や応力の発生による波長変換層の破損を低減できる。
したがって、励起光による波長変換素子の信頼性低下を低減することで、高信頼性の光源装置を提供できる。

上記態様の光源装置では、前記調整装置は、前記第１回転軸の周りに前記波長変換素子を回動させる第１回動機構を含むのが好ましい。

この構成によれば、第１回転軸の周りに波長変換素子を回動させることで、入射面に対する照射領域の位置調整を簡便に行うことができる。

上記態様の光源装置では、前記レンズ群は、前記励起光を複数の部分光束に分割する矩形状の複数の第１レンズを有する第１マルチレンズアレイと前記第１レンズに対応する複数の第２レンズを有する第２マルチレンズアレイとを有するホモジナイザー光学系を含み、前記調整装置は、前記第１方向に直交する第２方向に沿う第２回転軸の周りに、前記ホモジナイザー光学系を回動させる第２回動機構を含むのが好ましい。

この構成によれば、第２回転軸の周りにホモジナイザー光学系を回動させることで、入射面に対する照射領域の位置調整を簡便に行うことができる。

上記態様の光源装置では、前記第２回動機構は、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に沿う第３回動軸の周りに、前記ホモジナイザー光学系を回動可能であるのが好ましい。

この構成によれば、第２回転軸及び第３回転軸の周りにホモジナイザー光学系を回動させることで、入射面に対する照射領域の位置調整をより高精度に行うことができる。

上記態様の光源装置では、前記レンズ群は、前記励起光を前記入射面に集光させる集光光学系を含み、前記調整装置は、前記第１方向に直交する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向とに沿って、前記集光光学系を移動させる移動機構を含むのが好ましい。

この構成によれば、第２方向及び第３方向に沿って集光光学系を移動させることで、入射面に対する照射領域の位置調整をより高精度に行うことができる。

上記態様の光源装置では、前記移動機構は、前記第１方向に沿って前記集光光学系に移動可能であるのが好ましい。

この構成によれば、第１方向に沿って集光光学系を移動させることで照射領域の倍率を調整することができる。よって、照射領域及び入射面の大きさを揃えることができる。

上記態様の光源装置では、前記入射面の形状と前記励起光の照射領域の形状とが相似関係であるのが好ましい。

この構成によれば、例えば、入射面及び照射領域の大きさが揃うようにレンズ群による照射領域の倍率を調整することで、入射面の形状と励起光の照射領域の形状とを一致させることができる。これにより、入射面の全域に励起光を入射させることができる。

本発明の第二態様に従えば、上記第一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装置と、を備えるプロジェクターが提供される。

第二態様に係るプロジェクターによれば、励起光による信頼性の低下を低減した波長変換素子を備えた光源装置を備えるので、信頼性が高くの信頼性低下高輝度の画像を表示することができる。

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である。 光源装置の概略構成を示す図である。 波長変換素子の要部構成を示す断面図である。 波長変換素子を平面視した場合の図である。 光源装置の要部を示す図である。 入射面に対する照射領域の位置調整方法の説明図である。 第二実施形態の光源装置の要部構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
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、光源装置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、投写光学装置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、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

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。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２の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を透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２の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の光路中における第２の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，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。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は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれを平行化する。

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からの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投写光学装置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。

投写光学装置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。

（光源装置）
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、光源装置２は、光源部２０と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子４０と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系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３３ａと、筐体部３４とを備える。

本実施形態において、インテグレーター光学系３１と重畳レンズ３３ａとは重畳光学系３３を構成している。
また、筐体部３４は、光源装置２の外装を構成するものであって、光源装置２の各構成要素を収容及び支持する支持部材としての機能を有している。光源装置２は、共通の支持部材（筐体部３４）に各構成要素が支持されることで、各構成要素が高い位置精度で配置されたものとなっている。

光源部２０と、アフォーカル光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子４０とは、光軸ａｘ１上に順次並ぶように筐体部３４に実装されている。一方、拡散反射素子３０と、第２の集光光学系２９と、第２の位相差板２８ｂと、偏光分離素子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３３ａとは、照明光軸ａｘ２上に順次並ぶように筐体部３４に実装されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

光源部２０は、アレイ光源２１と、コリメーター光学系２２とを含む。アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー２１ａを備える。複数の半導体レーザー２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に配置されている。半導体レーザー２１ａは、例えば青色の光線ＢＬ（例えばピーク波長が４６０ｎｍのレーザー光）を射出する。本実施形態において、半導体レーザー２１ａは特許請求の範囲の「発光素子」に相当する。本実施形態において、アレイ光源２１を構成する各半導体レーザー２１ａは、複数の半導体レーザー２１ａを同一のパッケージ内に封止したマルチパッケージ構造から構成されている。後述する複数のコリメーターレンズ２２ａからなるコリメーター光学系２２は、当該マルチパッケージ構造と一体的に設けられていてもよい。
なお、アレイ光源２１として、各半導体レーザー２１ａのそれぞれが個別に封止されたＣＡＮパッケージ構造からなるものを用いてもよい。
また、半導体レーザー２１ａから射出される光線ＢＬに沿う方向、すなわち、光線ＢＬの射出方向は、光軸ａｘ１に沿う方向である。光線ＢＬの射出方向と光軸ａｘ１とは平行である。

各半導体レーザー２１ａから射出された光線ＢＬは、コリメーター光学系２２に入射する。コリメーター光学系２２は、アレイ光源２１から射出された複数の光線ＢＬを平行光に変換する。コリメーター光学系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から構成されている。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に対応して配置されている。

コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、複数の光線ＢＬを含む青色光線束Ｂの光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば凸レンズ２３ａ，凹レンズ２３ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２３を通過した青色光線束Ｂは第１の位相差板２８ａに入射する。第１の位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。半導体レーザー２１ａから射出された光線ＢＬは直線偏光である。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を透過する光線ＢＬを含む青色光線束Ｂ、偏光分離素子２５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線束とすることができる。第１の位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との比率を変化させることができる。

第１の位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む青色光線束Ｂはホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、第１の集光光学系２６と協働して、波長変換素子４０の蛍光体層４１に入射する光の照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２４は、第２の集光光学系２９と協働して、拡散反射素子３０に入射する光の照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２４は第１マルチレンズアレイ２４ａと第２マルチレンズアレイ２４ｂとを有している。第１マルチレンズアレイ２４ａは、アフォーカル光学系２３を通過したＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む青色光線束Ｂを複数の部分光束に分割するための複数の第１レンズ２４ａｍを有している。第１マルチレンズアレイ２４ａは複数の第１レンズ２４ａｍの光入射面は、後述する波長変換素子４０の蛍光体層４１の光入射面と光学的に共役関係となっている。第１レンズ２４ａｍの平面形状は矩形状となっている。本実施形態において、第１マルチレンズアレイは特許請求の範囲に記載の「マルチレンズアレイ」に相当し、第１レンズ２４ａｍは特許請求の範囲に記載の「小レンズ」に相当する。

第２マルチレンズアレイ２４ｂは、第１マルチレンズアレイ２４ａの複数の第１レンズ２４ａｍに対応する複数の第２レンズ２４ｂｍを有している。第２レンズ２４ｂｍの平面形状は第１レンズ２４ａｍと同様に矩形状となっている。

本実施形態において、ホモジナイザー光学系２４を透過した青色光線束Ｂは偏光分離素子２５に入射する。偏光分離素子２５は、例えば波長選択性を有する偏向ビームスプリッターから構成されている。偏光分離素子２５は、光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対しても４５°の角度をなしている。

偏光分離素子２５は、青色光線束Ｂを、偏光分離素子２５に対するＳ偏光成分の光線束ＢＬｓとＰ偏光成分の光線束ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子２５は、青色光線束ＢのうちのＳ偏光成分である光線束ＢＬｓを反射させ、青色光線束ＢのうちのＰ偏光成分である光線束ＢＬｐを透過させる。

また、偏光分離素子２５は青色光線束Ｂとは波長帯が異なる蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。

偏光分離素子２５で分離されたＰ偏光成分の光線束ＢＬｐは第１の集光光学系２６に入射する。本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えばレンズ２６ａ及びレンズ２６ｂから構成されている。第１の集光光学系２６から射出された光線束ＢＬｐは励起光として波長変換素子４０に集光した状態で入射する。以下、光線束ＢＬｐを励起光ＲＬと称す。

図３は波長変換素子４０の要部構成を示す断面図である。また、図４は波長変換素子４０を平面視した場合の図である。
図３に示すように、波長変換素子４０は、蛍光体層４１と、蛍光体層４１を支持する基板４２と、蛍光体層４１を基板４２に接合して固定する接合材４３と、反射部４４とを有している。本実施形態において、波長変換素子４０は、蛍光体層４１を基板４２上に固定配置する固定型の構造を採用している。そのため、本実施形態の波長変換素子４０は、回転ホイール式の波長変換素子に用いられる蛍光体のように強度を確保するために厚みを厚くする必要はなく、蛍光体層４１の厚さは回転ホイール式に用いられる蛍光体層の厚さよりも薄くできる。

蛍光体層４１は、複数のＹＡＧ蛍光体粒子を焼結したＹＡＧセラミック系の蛍光体からなる。蛍光体層４１は、励起光ＲＬが入射される入射面４１ａと、該入射面４１ａと反対の下面４１ｂとを有する。蛍光体層４１は特許請求の範囲に記載の「波長変換層」に相当する。

図４に示すように、蛍光体層４１の入射面４１ａを面法線方向から平面視した場合（以下、単に平面視した場合と称す）において、蛍光体層４１は矩形状となっている。

図３に示すように、反射部４４は、蛍光体層４１の励起光ＲＬが入射する側とは反対側に設けられている。反射部４４は、蛍光体層４１で生成された蛍光ＹＬを反射する機能を有している。例えば、反射部４４は、蛍光体層４１の励起光ＲＬが入射する側とは反対側の面に設けられた反射膜により構成される。

基板４２としては熱伝導性の高い金属であるＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）やセラミックＡｌＮやダイヤモンド、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いるのが好ましい。本実施形態では、熱伝導性が高い点で基板４２として例えば銅板を用いた。なお、基板４２の表面は接合材４３との接合力を高めるためのめっき等の表面処理が施されていてもよい。

接合材４３としては、例えば、接着材を用いた。なお、基板４２と蛍光体層４１との接合には接着材を用いる以外の接合方法を用いることも可能であるが、コスト、量産性を考慮すると接着材を用いた接合方法が優位である。

ところで、本実施形態の光源装置２は、ホモジナイザー光学系２４及び第１の集光光学系２６によって蛍光体層４１上に重畳させることで励起光ＲＬの照度分布を均一化している。ホモジナイザー光学系２４は、第１レンズ２４ａｍを透過した光が対応する第２レンズ２４ｂｍを透過するように設計されている。互いに対応する第１レンズ２４ａｍ及び第２レンズ２４ｂｍを透過した励起光ＲＬは、図４に示すように入射面４１ａ上の照射領域ＳＡに照射される。

本実施形態において、蛍光体層４１の入射面４１ａは第１レンズ２４ａｍの光入射面と共役関係であるため、照射領域ＳＡの形状は、第１レンズ２４ａｍの光入射面の形状と同じ矩形状となる。すなわち、ホモジナイザー光学系２４及び第１の集光光学系２６は、励起光ＲＬの照射領域ＳＡが入射面４１ａにおいて図４に示す矩形状となるように、励起光ＲＬを入射面４１ａに入射させる。本実施形態において、ホモジナイザー光学系２４及び第１の集光光学系２６は、特許請求の範囲に記載の「レンズ群」に相当する。

なお、光源装置２の組み立て時に、ホモジナイザー光学系２４及び第１の集光光学系２６の位置関係に多少のずれ（実装誤差）が生じる可能性がある。このような実装誤差が生じた場合、励起光ＲＬによる照射領域ＳＡは蛍光体層４１の入射面４１ａからずれる。

照射領域ＳＡが入射面４１ａからずれると、入射面４１ａに入射する励起光ＲＬの光量が減少するため、蛍光体層４１における蛍光変換効率の低下という問題が生じる。また、入射面４１ａに入射しなかった励起光ＲＬが蛍光体層４１の側面に入射するという問題が生じる。蛍光体層４１の側面は、励起光ＲＬの進行方向に沿う面である。蛍光体層４１の側面は、光軸ａｘ１に平行な面に沿う面である。蛍光体層４１の側面は、入射面４１ａに直交する後述する第１方向に沿う面である。蛍光体層４１の側面は、後述する第１回転軸に沿う面である。

ここで、蛍光体層４１の側端部においては、蛍光体層４１と基板４２との間に接合材４３が十分に設けられていない場合には、蛍光体層４１から基板４２側への熱伝導が不十分となる。そのため、蛍光体層４１に熱が蓄積されたり、蛍光体層４１と基板４２との線膨張係数の差によって応力が生じることで蛍光体層４１が破損したりするおそれがある。

また、一般的に蛍光体層４１はダイシングによって切断されることで矩形状に形成されるため、蛍光体層４１の側面、すなわちダイシングによる切断面には微小なクラックが生じている。そのため、蛍光体層４１の側面（ダイシング切断面）に励起光ＲＬが入射すると、側面にかかる応力が増加することで破損しやすくなる。
さらに、励起光ＲＬが接合材４３に入射することで接合材４３が劣化し、蛍光体層４１が基板４２から剥離するおそれもある。
以上のように、照射領域ＳＡが入射面４１ａからずれると、波長変換素子４０における信頼性を低下させることとなる。

そこで、照射領域ＳＡの位置ずれを考慮して入射面４１ａを大きくした蛍光体層４１を採用することも考えられるが、この場合、蛍光体層４１が大きくなるので、蛍光体層４１のコストが高くなる。

図５は、光源装置２の光軸ａｘ１に沿う要部を示す図である。図５では、必要に応じてＸＹＺ座標系を用いて説明する。図５において、光軸ａｘ１に沿う方向をＸ方向とし、照明光軸ａｘ２に沿う方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。なお、図５では、光源部２０、アフォーカル光学系２３、第１の位相差板２８ａ、偏光分離素子２５及び筐体部３４の図示を省略する。

本実施形態の光源装置２は、図５に示すように、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整する調整装置６０を備えている。調整装置６０は、入射面４１ａに直交するＸ方向（第１方向）に沿う第１回転軸Ｏ１の周りに回動する回動動作を用いて、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整する。

本実施形態において、調整装置６０は、第１回転軸Ｏ１の周りに波長変換素子４０を回動させる第１回動機構６１を含む。第１回動機構６１は、波長変換素子４０を支持する基材６１ａと、支持部６１ｂと、固定部６１ｃとを有する。
支持部６１ｂは、基材６１ａに設けられた穴６１ａ１にシャフト部６１ｂ１を挿入することで第１回転軸Ｏ１の周りに基材６１ａを回動可能に支持する。第１回転軸Ｏ１は、蛍光体層４１（入射面４１ａ）の中心４１ｃ（図４参照）を通る軸である。

固定部６１ｃは、例えば、基材６１ａの端部をクランプすることで基材６１ａの回転方向における位置を固定する。このような構成に基づき、第１回動機構６１は波長変換素子４０を所定位置に位置決め可能である。

なお、本実施形態の光源装置２は、上述したように共通の支持部材（筐体部３４）に各構成要素が支持されるため、第１回動機構６１による回転後、波長変換素子４０は光源装置２内の所定位置に高い精度で配置される。

また、本実施形態において、調整装置６０は、入射面４１ａに直交するＸ方向と、Ｘ方向に直交するＹ方向（第２方向）と、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（第３方向）とに沿って第１の集光光学系２６を移動させる移動機構６２をさらに含む。すなわち、本実施形態の光源装置２では、ＸＹＺ方向（３方向）に第１の集光光学系２６の位置を調整可能である。

移動機構６２は、第１の集光光学系２６を支持する支持部６２ａと、支持部６２ａをＸＹＺ方向の３方向に沿って移動可能なステージ６２ｂと、固定機構６２ｃとを有する。固定機構６２ｃは、例えば、ステージ６２ｂの各方向における送りねじをクランプすることで支持部６２ａの位置を固定可能である。

このような構成に基づき、移動機構６２は第１の集光光学系２６を所定位置に位置決め可能である。移動機構６２は、第１の集光光学系２６を構成するレンズ２６ａ及びレンズ２６ｂを一体に移動させることで、移動に伴うレンズ２６ａ及びレンズ２６ｂの位置ずれの発生を低減する。

なお、本実施形態の光源装置２は、上述したように共通の支持部材（筐体部３４）に各構成要素が支持されるため、移動機構６２による移動後、第１の集光光学系２６は光源装置２内の所定位置に高い精度で配置される。

よって、本実施形態の調整装置６０は、移動機構６２により蛍光体層４１の入射面４１ａに対する第１の集光光学系２６の位置をＸＹＺ方向にそれぞれ移動させることで、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの大きさ及び位置を調整可能である。

また、本実施形態の調整装置６０は、第１回動機構６１により第１回転軸Ｏ１の周りに蛍光体層４１の入射面４１ａを回転させることで、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整可能である。

以下、本実施形態の調整装置６０による入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置調整方法について図６を参照しながら説明する。

まず、移動機構６２は、第１の集光光学系２６を移動させることで、入射面４１ａの中心４１ｃと照射領域ＳＡの中心ＳＡ１とを一致させるとともに、入射面４１ａ及び照射領域ＳＡの大きさを揃える（第１ステップ）。

本実施形態において、入射面４１ａの形状と励起光ＲＬの照射領域ＳＡの形状とは相似関係となっている。そのため、移動機構６２は、第１の集光光学系２６をＸ方向に移動することで、入射面４１ａ及び照射領域ＳＡの大きさが揃うように照射領域ＳＡの倍率を調整して、入射面４１ａの形状と励起光ＲＬの照射領域ＳＡの形状とを一致させることができる。

続いて、第１回動機構６１は波長変換素子４０を回転させることで、入射面４１ａを第１回転軸Ｏ１の周りに回転させる。本実施形態では、入射面４１ａ及び照射領域ＳＡの中心を一致させた状態で入射面４１ａが回転するので、回転による入射面４１ａ及び照射領域ＳＡの中心位置のずれは生じない。ここで、入射面４１ａの形状と励起光ＲＬの照射領域ＳＡの形状とは一致しているので、照射領域ＳＡの外形と入射面４１ａの外形とが概ね重なった状態、すなわち、入射面４１ａにおいて励起光ＲＬの照射領域ＳＡ以外の領域に励起光ＲＬが照射されることを無くした状態が実現される（第２ステップ）。

一方、偏光分離素子２５で分離されたＳ偏光成分の光線束ＢＬｓは、第２の位相差板２８ｂに入射する。第２の位相差板２８ｂは、偏光分離素子２５と拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。光線束ＢＬｓは第２の位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。以下、右回りの円偏光からなる光線束ＢＬｓを青色光ＢＬｃ１と称す。

本実施形態において、第２の集光光学系２９は、例えばレンズ２９ａ及びレンズ２９ｂから構成されている。第２の集光光学系２９に入射した青色光ＢＬｃ１は拡散反射素子３０に集光した状態で入射する。

拡散反射素子３０は、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光分離素子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。例えば、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の集光光学系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に入射する。左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２の位相差板２８ｂによってＰ偏光の青色光ＢＬｐ１に変換される。Ｐ偏光の青色光ＢＬｐ１は、偏光分離素子２５を透過してインテグレーター光学系３１に向かう。

これにより、青色光ＢＬｐ１は、偏光分離素子２５で反射された蛍光ＹＬと共に、照明光ＷＬとして利用される。すなわち、青色光ＢＬｐ１及び蛍光ＹＬは、偏光分離素子２５から互いに同一方向に向けて射出され、青色光ＢＬｐ１と蛍光（黄色光）ＹＬとが混ざった白色の照明光ＷＬが生成される。

照明光ＷＬは、インテグレーター光学系３１に向けて射出される。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は、複数の小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、偏光分離膜と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３３ａに入射する。重畳レンズ３３ａはインテグレーター光学系３１と協同して、被照射領域における照明光ＷＬによる照度の分布を均一化する。このようにして、光源装置２は照明光ＷＬを生成する。

以上のように本実施形態の光源装置２によれば、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整することで、励起光ＲＬの照射領域ＳＡ以外の領域に励起光ＲＬが照射されることを抑制できる。よって、入射面４１ａに励起光ＲＬが効率良く入射するので、蛍光体層４１における蛍光変換効率の低下を抑制できる。
また、本実施形態の蛍光体層４１の厚さは回転ホイール式の蛍光体層に比べて薄くできるため、蛍光体層４１内で生成した蛍光ＹＬが面方向に伝播するにじみの発生を低減できる。よって、にじみによる損失を低減するとともに、蛍光ＹＬを効率良く利用できる。

また、入射面４１ａにおいて励起光ＲＬの照射領域ＳＡ以外の領域に励起光ＲＬが照射されることが抑制されることで、励起光ＲＬが蛍光体層４１の側面に入射し難くできるので、側面に入射した光による蛍光体層４１の発熱を低減できる。よって、発熱による蛍光体層４１の破損を抑制できる。また、励起光ＲＬによる接合材４３の劣化が抑制されるので、基板４２から蛍光体層４１が剥離することを抑制できる。
したがって、本実施形態の光源装置２によれば、励起光ＲＬによる波長変換素子４０の信頼性の低下が低減されるので、高信頼性の光源装置２を提供できる。

また、入射面４１ａにおいて励起光ＲＬの照射領域ＳＡ以外の領域に励起光ＲＬが照射されることを抑制できるので、照射領域ＳＡの位置ずれを考慮する必要が無い。すなわち、入射面４１ａの大きさを小さくできるので、結果的に蛍光体層４１を小型化できる。よって、蛍光体層４１を小型化することで波長変換素子４０のコストを低減できる。

また、本実施形態の調整装置６０は、第１の集光光学系２６をＸＹＺ方向に移動する移動機構６２と、波長変換素子４０をＸ方向周りに回転する第１回動機構６１とに機能を分散するため、移動機構と回転機構とを一つの機構で実現しようとした場合に比べて簡易な機構で入射面４１ａと照射領域ＳＡとの位置調整できるので、調整装置６０の製造コストを低減できる。

ここで、仮に第１の集光光学系２６及び波長変換素子４０のＸＹＺ方向の位置調整を行った後に、第１の集光光学系２６及び波長変換素子４０の回転位置の調整をそれぞれ個別に行った場合には、各回転軸によって第１の集光光学系２６及び波長変換素子４０に再び位置ズレが発生してしまう。これに対し、本実施形態の調整装置６０では、位置調整機構（移動機構６２）と回転調整機構（第１回動機構６１）とを分離するため、作業性及び精度の点においても非常に有効である。

したがって、本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＹＬを効率良く生成することで、明るい照明光ＷＬを生成することができる。また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記光源装置２を備えるため、当該プロジェクター１は高輝度の画像を表示することができる。

（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態に係る光源装置について説明する。以下、第一実施形態の光源装置２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説明を省略若しくは簡略化する。

図７は本実施形態の光源装置２Ａの要部構成を示す図である。図７ではＸＹＺ座標系を用いて説明する。図７において、光軸ａｘ１に沿う方向をＸ方向とし、照明光軸ａｘ２に沿う方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。

本実施形態の光源装置２Ａは、図７に示すように、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整する調整装置１６０を備えている。本実施形態の調整装置１６０は、第１回動機構６１と、第２回動機構６３とを含む。

第２回動機構６３は、Ｘ方向に直交するＹ方向（第２方向）に沿う第２回転軸Ｏ２とＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（第３方向）に沿う第３回転軸Ｏ３との周りにホモジナイザー光学系２４をそれぞれ回動可能である。第２回動機構６３は、ホモジナイザー光学系２４を支持する支持部６３ａと、該支持部６３ａを第２回転軸Ｏ２及び第３回転軸Ｏ３の周りに支持部６３ａをそれぞれ回動させる回動部６３ｂと、固定部６３ｃとを有する。

ここで、ホモジナイザー光学系２４において、第１マルチレンズアレイ２４ａ及び第２マルチレンズアレイ２４ｂの位置関係は重要である。そのため、第２回動機構６３は、ホモジナイザー光学系２４を構成する第１マルチレンズアレイ２４ａ及び第２マルチレンズアレイ２４ｂを一体に移動させることで、両者の位置関係を維持することで移動に伴う第１マルチレンズアレイ２４ａ及び第２マルチレンズアレイ２４ｂの位置ずれの発生を低減する。

固定部６３ｃは、例えば、支持部６３ａの端部をクランプすることで支持部６３ａの位置を固定する。このような構成に基づき、第２回動機構６３はホモジナイザー光学系２４を所定位置に位置決め可能である。

本実施形態の光源装置２Ａでは、第一実施形態と同様に、共通の支持部材（筐体部３４）に各構成要素が支持されるため、第２回動機構６３による回転後、ホモジナイザー光学系２４は光源装置２Ａ内の所定位置に高い精度で配置される。

本実施形態の調整装置１６０は、第１回動機構６１により第１回転軸Ｏ１の周りに蛍光体層４１の入射面４１ａを回転させることで、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整可能である。

また、本実施形態の調整装置１６０は、第２回動機構６３により第２回転軸Ｏ２及び第３回転軸Ｏ３の周りにホモジナイザー光学系２４を回転させることで、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整可能である。

以下、本実施形態の調整装置１６０による入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置調整方法について説明する。

まず、第２回動機構６３は、第２回動機構６３はホモジナイザー光学系２４を回動させることで、励起光ＲＬの中心と入射面４１ａの中心４１ｃとを一致させる。ここで、ホモジナイザー光学系２４が第２回転軸Ｏ２及び第３回転軸Ｏ３の周りに回動すると、ホモジナイザー光学系２４から射出されて第１の集光光学系２６に入射する励起光ＲＬの入射角度が変化する。

ここで、第１の集光光学系２６による励起光ＲＬの集光位置は励起光ＲＬの入射角度に対応する。そのため、第２回動機構６３は、第２回転軸Ｏ２の周りにホモジナイザー光学系２４を回動させることで入射面４１ａに対して照射領域ＳＡをＺ方向に移動させることができる。また、第２回動機構６３は、第３回転軸Ｏ３の周りにホモジナイザー光学系２４を回動させることで入射面４１ａに対して照射領域ＳＡをＹ方向に移動させることができる。このようにして、励起光ＲＬの中心と入射面４１ａの中心４１ｃとを一致させることができる。なお、本実施形態においては、入射面４１ａの大きさと照射領域ＳＡの大きさとが一致するように第１の集光光学系２６の倍率が設定されているものとする。

続いて、第１回動機構６１は波長変換素子４０を回転させることで、入射面４１ａを第１回転軸Ｏ１の周りに回転させる。本実施形態では、入射面４１ａの中心４１ｃ及び照射領域ＳＡの中心ＳＡ１を一致させた状態で入射面４１ａを回転させることで、照射領域ＳＡの外形と入射面４１ａの外形とが概ね重なった状態とすることができる。すなわち、励起光ＲＬの照射領域ＳＡ以外の領域に励起光ＲＬが照射されることを低減できる。

本実施形態の光源装置２Ａによれば、第一実施形態と同様、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置を調整することで、励起光ＲＬの照射領域ＳＡ以外の領域に励起光ＲＬが照射されることを抑制できる。

また、本実施形態の調整装置１６０は、入射面４１ａに対する照射領域ＳＡの位置をＸＹ方向に移動する移動機構（第２回動機構６３）と、波長変換素子４０をＸ方向周りに回転する第１回動機構６１とに機能を分散するため、移動機構と回転機構とを一つの機構で実現しようとした場合に比べて簡易な機構で入射面４１ａと照射領域ＳＡとの位置調整を実現できるので、装置の製造コストを低減できる。また、作業性及び精度の点においても優れたものとなる。

本実施形態の光源装置２Ａにおいても、蛍光ＹＬを効率良く生成することで、明るい照明光ＷＬを生成することができる。よって、この光源装置２Ａを備えたプロジェクターは高輝度な画像を形成することができる。

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、上記実施形態では本発明の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。本発明の光源装置は、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、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、２０…光源部、２４…ホモジナイザー光学系、２４ａ…第１マルチレンズアレイ、２４ｂ…第２マルチレンズアレイ、２６ａ，２６ｂ，２９ａ，２９ｂ…レンズ、３１ａ，３１ｂ…レンズアレイ、４０…波長変換素子、４１ａ…入射面、６０，１６０…調整装置、６１…第１回動機構、６２…移動機構、６３…第２回動機構、２４ａｍ…第１レンズ、２４ｂｍ…第２レンズ、Ｏ１…第１回転軸、Ｏ２…第２回転軸、ＲＬ…励起光、ＳＡ…照射領域。

Claims (8)

1. 複数の発光素子を含み、励起光を射出する光源部と、
   前記光源部から射出された前記励起光が入射する矩形状の入射面を有する波長変換層を含む波長変換素子と、
   前記入射面において、前記励起光の照射領域が矩形状となるように、前記励起光を前記入射面に入射させるレンズ群と、
   前記入射面に直交する第１方向に沿う第１回転軸の周りに回動する回動動作を用いて、前記入射面に対する前記照射領域の位置を調整する調整装置と、を備える
   光源装置。
2. 前記調整装置は、前記第１回転軸の周りに前記波長変換素子を回動させる第１回動機構を含む
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記レンズ群は、前記励起光を複数の部分光束に分割する矩形状の複数の第１レンズを有する第１マルチレンズアレイと前記第１レンズに対応する複数の第２レンズを有する第２マルチレンズアレイとを有するホモジナイザー光学系を含み、
   前記調整装置は、前記第１方向に直交する第２方向に沿う第２回転軸の周りに、前記ホモジナイザー光学系を回動させる第２回動機構を含む
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第２回動機構は、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に沿う第３回動軸の周りに、前記ホモジナイザー光学系を回動可能である
   請求項３に記載の光源装置。
5. 前記レンズ群は、前記励起光を前記入射面に集光させる集光光学系を含み、
   前記調整装置は、前記第１方向に直交する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向とに沿って、前記集光光学系を移動させる移動機構を含む
   請求項１又は２に記載の光源装置。
6. 前記移動機構は、前記第１方向に沿って前記集光光学系に移動可能である
   請求項５に記載の光源装置。
7. 前記入射面の形状と前記励起光の照射領域の形状とが相似関係である
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 請求項１乃至７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装置と、を備える
   プロジェクター。

Images