JP2021071688A - 光源装置、画像投射装置及び光源光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置系の提供。【解決手段】光源装置は、励起光を出射する光源１０１と、光源から出射された励起光を反射する光学部材１０２と、励起光の一部を励起光とは異なる波長に変換して出射する波長変換ユニット１０３とを備え、光学部材と波長変換ユニットとの間の光路上に設けた集光素子１０５を備え、光学部材の前記反射面上における励起光束の中心を点Ｐとし、光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をＬＯ、点Ｐから前記集光素子に至る直線（光路）をＬ１、集光素子から前記点Ｒに至る光路をＬ１２、点Ｒから出射し集光素子に至る光路をＱ１、波長変換ユニットから出射される励起光が集光素子によって集光される光束をＱとし、点Ｐと光束Ｑが交わらないことと、光路Ｌ０と光路Ｌ１とを含む平面ＰＬ１と、光路Ｌ１２と光路Ｑ１とを含む平面ＰＬ２とは平行とならない構成である。【選択図】図２１

Description

本発明は、光源装置、画像投射装置及び光源光学系に関する。

今日、様々な映像を拡大投影するプロジェクタ（画像投射装置）が広く普及している。
プロジェクタは、光源から出射された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ
）や液晶表示素子といった空間光変調素子に集光させ、映像信号により変調された空間光変調素子からの出射光をスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。

従来、プロジェクタには主に高輝度の超高圧水銀ランプ等が用いられてきたが、寿命が
短いため、メンテナンスを頻繁に行う必要があった。そのため、近年、超高圧水銀ランプ
に変えてレーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等を使用したプロジェクタ
が増加している。これは、レーザ光源やＬＥＤ光源が超高圧水銀ランプと比較して寿命が
長く、また、その単色性により色再現性も良いためである。

プロジェクタでは、ＤＭＤ等の画像表示素子に、例えば色の３原色である赤・緑・青の三色を照射することにより映像を形成している。この３色の全てをレーザ光源で生成することも可能ではあるが、緑色レーザや赤色レーザの発光効率が青色レーザに比べて低いため、好ましくはない。そのため、青色レーザを励起光として蛍光体に照射して、蛍光体で波長変換された蛍光光から赤色光と緑色光を生成する方法が用いられている。

蛍光体には、数十［Ｗ］の励起光が集光及び照射されるため、焼損又は温度上昇による
効率低下及び経年変化が起きる。このため、円板上に蛍光体層を形成し、回転させること
によって、励起光の照射位置が一点に集中しないようにしている。この円板は、蛍光体ホ
イールと呼ばれる。蛍光体ホイールにおいて、蛍光体は、円板の外周に沿って、扇形状又
は円環形状に形成されている。

上述のようなＤＭＤ及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を簡素化するために蛍光体ホイールの一部を透過板としている装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、蛍光体ホイールを透過した励起光をミラーで複数回反射させて、蛍光光と同じ方向に導いている。これによって励起光及び蛍光光が同一光路に合成され、ＤＭＤに照射される構成となっている。

さらに、上述のようなＤＭＤ及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を小型化するために蛍光体ホイールの一部を反射板としている装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された技術では、励起光を蛍光光と同じ方向に蛍光体ホイールで反射させ、反射した励起光が励起光源に戻らないように、位相差板（１／４波長板）及び偏光分離素子を用いて光路を分離している。これによって、励起光及び蛍光光が同一光路に合成され、ＤＭＤに照射される構成となっている。

特許第４７１１１５６号公報 特許第５８１７１０９号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、励起光の光路が迂回しているため、装置全体が大型化してしまう。一方、上述した特許文献２においては、位相差板と偏光分離素子を用いるため、コストが高くなってしまう。また、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが位相差板や偏光分離素子における同一箇所を透過する。このため、これらの光学素子上の集光密度が上がり破損等の原因となり、信頼性が低下する事態が発生し得る。

本発明は、以上の問題意識に基づいて完成されたものであり、小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、第１の色光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された前記第１の色光を反射する反射面を有する光学部材と、前記光学部材で反射された前記第１の色光が入射し、前記第１の色光の少なくとも一部を前記第１の色光とは異なる波長の第２の色光に変換して出射する波長変換部材を有する波長変換ユニットと、前記光学部材と前記波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、前記光学部材で反射された前記第１の色光を集光し、前記波長変換ユニットから出射される第１の色光および前記第２の色光を集光する集光素子を備え、前記光学部材の前記反射面上における前記第１の色光の中心を点Ｐとし、前記波長変換ユニット上に集光、投影される前記第１の色光の投影像中心を点Ｒとし、前記波長変換ユニットから出射される第一の色光の前記集光素子によって集光される光束をＱとし、前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をＬＯ、前記点Ｐから前記集光素子に至る直線（光路）をＬ１、前記集光素子から前記点Ｒに至る光路をＬ１２、前記点Ｒから出射し前記集光素子に至る光路をＱ１としたとき、前記点Ｐと前記光束Ｑが交わらないことと、前記光路Ｌ０と光路Ｌ１とを含む平面ＰＬ１と、光路Ｌ１２と光路Ｑ１とを含む平面ＰＬ２とは平行とならないことを特徴とする。

本発明によれば、小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置を提供することができる。

光源装置の概要について説明するための模式図である。 光源装置の概要について説明するための模式図である。 光源装置の概要について説明するための模式図である。 光源装置の概要について説明するための模式図である。 光源装置の概要について説明するための模式図である。 光源装置の概要について説明するための模式図である。 光源装置が有するロッドインテグレータの光学特性ついて説明するための模式図である。 光源装置が有するロッドインテグレータの構成ついて説明するための模式図である。 第１実施形態に係る光源装置を備えたプロジェクタ装置１を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る光源装置が有する光源ユニットの要部の説明図である。 第１実施形態に係る光源装置が有するダイクロイックミラーの構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る光源装置が有する蛍光体ユニットの構成の説明図である。 第１実施形態に係る光源装置が有するカラーホイールの概略構成の説明図である。 第１実施形態に係る光源装置が有するライトトンネルの入射開口部を光の入射方向から見た図である。 第２実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る光源装置が有するダイクロイックミラーの構成の一例を示す図である。 第３実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る光源装置を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る光源装置が有する蛍光体ユニットの構成を説明する模式図である 実施形態１を説明するための説明図である。 実施例体２を説明するための説明図である。 実施形態３を説明するための説明図である。 実施形態４を説明するための説明図である。 実施形態４を説明するための説明図である。 実施形態４を説明するための説明図である。

従来、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を小型化するために蛍光体ホイールの一部を反射板とするものが知られている。この光源装置では、励起光を蛍光光と同じ方向に蛍光体ホイールで反射させ、反射した励起光が励起光源に戻らないように、光路上に位相差板（１／４波長板）及び偏光分離素子を配置している。

このような構成を有する光源装置においては、励起光の光路上に位相差板（１／４波長板）及び偏光分離素子が配置されることから、装置の小型化の制約になるだけでなく、コストが高くなってしまう。また、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが位相差板や偏光分離素子における同一箇所を透過する。
このため、これらの光学素子上の集光密度が上がり破損等の原因となり、信頼性が低下する事態が発生し得る。

本発明者らは、このような光源装置内の構造が装置本体の小型化及び低コスト化を阻害する要因になると共に、信頼性の低下の要因となっていることに着目した。そして、光源装置内にて、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが重ならないように形成することが、装置本体の小型化及び低コスト化、並びに、信頼性の向上に寄与することを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明は、励起光を出射する光源と、光源から出射された励起光を反射する反射面を有する光学部材と、光学部材で反射された励起光が入射し、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の第２の色光に変換して出射する波長変換ユニットと、を備えた光源装置において、光学部材と波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、光学部材で反射された励起光を集光し、波長変換ユニットから出射される励起光および蛍光を集光する集光素子を備え、光学部材の前記反射面上における励起光束の中心を点Ｐとし、波長変換ユニット上に集光、投影される励起光の投影像中心を点Ｒとし、前記波長変換ユニットから出射される第１の色光の前記集光素子によって集光される光束をＱとし、前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をＬＯ、前記点Ｐから前記集光素子に至る直線（光路）をＬ１、前記集光素子から前記点Ｒに至る光路をＬ１２、前記点Ｒから出射し前記集光素子に至る光路をＱ１としたとき、前記点Ｐと前記光束Ｑが交わらないことと、前記光路Ｌ０と光路Ｌ１とを含む平面ＰＬ１と、光路Ｌ１２と光路Ｑ１とを含む平面ＰＬ２とは平行とならないことを骨子とする。

本発明によれば、波長変換ユニットから出射された励起光の光束が、光源から出射された励起光の投影像中心に交わらないことから、励起光が光学部材上の同一箇所を透過するのを防止できるので、集光密度の上昇に起因して光学部材が破損する事態を抑制でき、信頼性を向上することができる。また、波長変換ユニットから出射される励起光の光路を分離するために位相差板や偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必要がないので、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に装置を小型化することができる。
また、光学部材に入射する励起光の光路と光学部材で反射して集光素子に向かう励起光の光路（光学部材の前後の光路）を含む平面と、集光素子と波長変換ユニットの間の励起光の光路（波長変換ユニット前後の光路）を含む平面を平行とならないようにしたので、装置の小型化にすることができる。

以下、図１以下を参照して、光源装置の概要を説明する。
図１は、光源装置１００の概要について説明するための模式図である。図１Ａは、光源装置１００の構成要素の説明図であり、図１Ｂは、光源装置１００が有するダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａに投影される励起光の説明図である。図１Ｂにおいては、光源１０１からの励起光の進行方向から反射面１０２ａを示している。

図１に示すように、光源装置１００は、光源（励起光源）１０１、光学部材の一例を構成するダイクロイックミラー１０２、波長変換ユニットの一例を構成する蛍光体ユニット１０３及び光ミキシング素子の一例を構成するロッドインテグレータ１０４を含んで構成される。

なお、光源装置１００の構成は、図１に示す構成に限定されず適宜変更が可能である。例えば、光源装置１００は、光源１０１、ダイクロイックミラー１０２及び蛍光体ユニット１０３のみを備えてもよい。これらの光源１０１、ダイクロイックミラー１０２及び蛍光体ユニット１０３を有する光源装置１００のうち、光源１０１を除いた構成要素によって「光源光学系」が構成される。

光源１０１は、励起光（第１の色光）を出射する。ダイクロイックミラー１０２は、光
源１０１から出射する励起光を反射して蛍光体ユニット１０３に導く反射面１０２ａを有
している。ダイクロイックミラー１０２における反射面１０２ａ以外の部分については、
光源１０１から出射する励起光及び後述する蛍光体ユニット１０３から出射される蛍光光
を透過する光学特性を有してよい。

蛍光体ユニット１０３は、励起光を反射（若しくは拡散反射）する第１の領域と、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の蛍光光（第２の色光）に変換して出射する第２の領域とを有している。蛍光体ユニット１０３は、励起光が入射すると、励起光と蛍光光とを励起光の入射面側（図１に示す上方側）に順次切り替えて出射する。ロッドインテグレータ１０４は、蛍光体ユニット１０３から出射する励起光と蛍光光が入射するように設けられ、入射した励起光と蛍光光をミキシングして（均質化）して光源装置１００の外部に出射する。

図１においては、光源１０１から出射された励起光の光路上に、蛍光体ユニット１０３の第１の領域が配置される場合について示している。光源１０１から出射された励起光は、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａで蛍光体ユニット１０３側に反射される。反射面１０２ａで反射した励起光は、蛍光体ユニット１０３の第１の領域で当該励起光の入射面側に反射される。ロッドインテグレータ１０４は、蛍光体ユニット１０３による励起光の反射先に配置される。

このように励起光の光路が形成される光源装置１００において、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａ上における励起光の中心を点Ｐとし、蛍光体ユニット１０３から出射する励起光の光束を光束Ｑとする。光源装置１００においては、これらの点Ｐと光束Ｑとが交わらないようにダイクロイックミラー１０２、蛍光体ユニット１０３及びロッドインテグレータ１０４を配置している。

ここで、反射面１０２ａ上における励起光の中心点Ｐ（投影される励起光の投影像中心
）については、以下のように定義される。
（１）反射面１０２ａ上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称の場合、励起光の投影範囲の最小外接円の中心を投影像中心とする。
（２）反射面１０２ａ上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称以外の場合（すなわち、上記（１）以外の場合）、図１Ｂに示すように、反射面１０２ａ上に投影される励起光の総エネルギーをＡとし、その投影範囲を任意の半径ｒの円で切り出し、その円内に含まれる光の総エネルギーをＢとしたとき、Ｂ／Ａが９３％以上であり（Ｂ／Ａ≧９３％）、且つ、円内のエネルギー密度が最大となる半径ｒ´の円の中心を投影像中心とする。

なお、励起光の投影範囲とは、反射面１０２ａ上に投影される励起光のエネルギー分布において、最大エネルギーの１／ｅ^２以上のエネルギーを持つ範囲を示す。また、エネルギー密度は、「円内に含まれるエネルギー」を「円の面積」で除算することで求められる。すなわち、エネルギー密度は、以下の式により求められる。
エネルギー密度＝（円内に含まれるエネルギー）／（円の面積）
なお、このように定義される励起光の投影像中心（点Ｐ）については、光源装置１００
内に備えられた全ての光源１０１を点灯した状態で判定されるものとする。

また、蛍光体ユニット１０３から出射する励起光の光束（光束Ｑ）については、励起光
の伝播方向と垂直な面上の励起光のエネルギー分布において、最大エネルギーの１／ｅ^２
以上のエネルギーを持つ範囲を通る光線の束のことをいう。

本発明に係る光源装置１００によれば、蛍光体ユニット１０３から出射された励起光の
光束Ｑが、光源１０１から出射された励起光の反射面１０２ａ上における中心（励起光の
投影像中心）に交わらないことから、励起光がダイクロイックミラー１０２上の同一箇所
を透過する事態を防止できるので、集光密度の上昇に起因してダイクロイックミラー１０
２が破損する事態を抑制することができる。また、蛍光体ユニット１０３から出射される
励起光の光路を分離するために位相差板や偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必
要がないので、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に装置を小型化すること
ができる。

なお、図１に示す光源装置１００では、蛍光体ユニット１０３が、励起光と蛍光光を順
次切り替えて出射する場合について説明している。すなわち、励起光と蛍光光を時分割し
て出射する場合について説明している。しかしながら、蛍光体ユニット１０３の構成については、これに限定されず、励起光及び蛍光光を同時に出射するように構成してもよい。

例えば、蛍光体ユニット１０３は、上述した第１、第２の領域に代えて、励起光の一部
を反射すると共に、励起光の他部を励起光とは異なる蛍光光に変換する領域（第３の領域
）を有している。例えば、この領域に設けられた波長変換部材により励起光の反射及び蛍光光に対する変換が行われる。このような蛍光体ユニット１０３は、静止蛍光体ユニットと呼ばれることがある。静止蛍光体ユニット１０３は、励起光が入射すると、励起光と蛍光光とを併せて励起光の入射面側（図１に示す上方側）に出射する。このような蛍光体ユニット１０３を備える場合においても、時分割式の蛍光体ユニット１０３を使用する場合と同様の効果を得ることができる。

また、図１に示す光源装置１００において、蛍光体ユニット１０３から出射される励起
光及び蛍光光の一方又は双方をロッドインテグレータ１０４に導く導光手段を備えるよう
にしてもよい。例えば、導光手段は、集光レンズや屈折レンズで構成され、蛍光体ユニッ
ト１０３とロッドインテグレータ１０４との間の光路上に配置される。このように導光手
段を備えることにより、蛍光体ユニット１０３から出射される励起光及び／又は第二の色
光をロッドインテグレータ１０４に効率的に導くことでき、光の利用効率を向上すること
ができる。

さらに、光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４の位置は、当該ロッドインテグレータ１０４に入射する励起光及び／又は蛍光光の利用効率を向上する観点から適宜変更が可能である。
図２は、本発明に係る光源装置１００の概要について説明するための模式図である。図２において、図１と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。なお、図２においては、ダイクロイックミラー１０２の表面に反射面１０２ａを形成した場合について示している。以下に示す図面でも同様である。

図２に示すように、ダイクロイックミラー１０２から蛍光体ユニット１０３上に投影される励起光の投影像中心を点Ｒとした場合について考える。この場合、ロッドインテグレータ１０４は、蛍光体ユニット１０３の出射面１０３ａにおける点Ｒの垂線上に配置され
ることが好ましい。このようにロッドインテグレータ１０４を配置することにより、蛍光光が蛍光体ユニット１０３の出射面１０３ａに垂直に出射する場合、蛍光光を効率よくロッドインテグレータ１０４に入射させることができるので、蛍光光の光利用効率を向上させすることができる。

また、光源装置１００において、ダイクロイックミラー１０２と蛍光体ユニット１０３との間の光路上に配置され、ダイクロイックミラー１０２で反射された励起光を集光する一方、蛍光体ユニット１０３から出射する蛍光光を略平行化する集光素子を備えるようにしてもよい。例えば、集光素子は、集光レンズで構成される。
図３は、本発明に係る光源装置１００の概要について説明するための模式図である。
図３において、図１と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。

図３に示す光源装置１００は、ダイクロイックミラー１０２と蛍光体ユニット１０３との間の光路上に集光素子としての集光レンズ１０５を備えている。集光レンズ１０５は、ダイクロイックミラー１０２で反射された励起光を集光する一方、蛍光体ユニット１０３から出射する蛍光光を略平行化する。

ここで、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａで反射した後、集光レンズ１０
５に入射する励起光が投影する、集光レンズ１０５の入射面１０５ａ上の投影像中心と、
上述した反射面１０２ａ上の点Ｐとを結ぶ直線を直線Ｌ１とする。また、集光レンズ１０５で集光され、蛍光体ユニット１０３に入射する励起光の入射面１０３ｂと直線Ｌ１との交点を点Ｓとする。光源装置１００においては、上述した点Ｓと、蛍光体ユニット１０３上に投影される励起光の投影像中心である点Ｒとが異なる位置に配置されている。このように集光レンズ１０５を設けることにより、蛍光体ユニット１０３から出射した後に発散する励起光及び蛍光光が平行化されることから、これらの光をロッドインテグレータ１０４に効率よく入射させることができるので、光利用効率を向上することができる。

図３に示す光源装置１００において、上述した直線Ｌ１は、蛍光体ユニット１０３の入
射面１０３ｂに垂直に交わることが好ましい。このように直線Ｌ１が蛍光体ユニット１０
３の入射面１０３ｂに垂直に交わるように配置される構成することにより、ダイクロイッ
クミラー１０２と蛍光体ユニット１０３との間の距離を短縮でき、光源装置１００全体の
寸法を小型化することができる。

なお、光学素子における入射面及び出射面は、厚みをもつ光学素子を光が透過する場合、光が入射する面が入射面となり、光が出射する面が出射面である。
例えば、図３に示すように、集光レンズ１０５において、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａから反射して入射する面が入射面１０５ａとなり、この入射面１０５ａから集光レンズ１０５内を透過し、蛍光体ユニット１０３側に出射する面が出射面１０５ｂとなる。

さらに、光源装置１００において、集光レンズ１０５とロッドインテグレータ１０４との間の光路に配置され、集光素子（集光レンズ１０５）で平行化された励起光及び／又は蛍光光を集光してロッドインテグレータ１０４に導く屈折光学素子を備えるようにしてもよい。例えば、屈折光学素子は、屈折レンズで構成される。
図４は、光源装置１００の概要について説明するための模式図である。図４において、図３と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。

図４に示す光源装置１００では、集光レンズ１０５とロッドインテグレータ１０４との
間の光路上に屈折光学素子としての屈折レンズ１０６を備えている。屈折レンズ１０６は
、集光素子（集光レンズ１０５）で平行化された励起光及び／又は蛍光光を集光して（屈
折させて）ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａに導く。このように屈折レ
ンズ１０６を設けることにより、集光レンズ１０５で平行化された励起光及び／又は蛍光
光を効率よくロッドインテグレータ１０４に入射させることができるので、光利用効率が
向上する。

また、図４に示す光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４に入射される
励起光及び／又は蛍光光の均質化（均一化）の観点からロッドインテグレータ１０４の配
置を選択することが好ましい。より具体的には、ロッドインテグレータ１０４の内周断面
が長方形状を有する場合、ロッドインテグレータ１０４に入射される励起光等が長辺に対
応する内側面に入射されるように配置されることが好ましい。

さらに、図４に示す光源装置１００において、ダイクロイックミラー１０２の反射面１
０２ａにおける励起光のケラレを抑制する観点から光源１０１の配置を選択することが好
ましい。より具体的には、光源１０１の発光面が長方形状を有する場合、励起光の幅が狭
くなるように配置されることが好ましい。

図５は、本発明に係る光源装置１００の概要について説明するための模式図である。図
５において、図４と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する
。図５Ａは、光源装置１００の構成要素の説明図であり、図５Ｂは、光源装置１００が有するロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの説明図であり、図５Ｃは、光源装置１００が有する光源１０１の説明図である。図５Ｂにおいては、蛍光体ユニット１０３側からロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａを示している。図５Ｃにおいては、ダイクロイックミラー１０２側から光源１０１の発光面を示している。

図５Ａに示す光源装置１００において、屈折レンズ１０６により集光（屈折）された励
起光及び／又は蛍光光が投影するロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上の
投影像中心を点Ｔとする。また、この点Ｔと、蛍光体ユニット１０３上に投影される励起
光の投影像中心である点Ｒとを結ぶ直線を直線Ｌ２とする。
一方、図５Ｂに示すように、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａは、長辺ＬＥ_１と短辺ＳＥ_１とを有する長方形状を有するものとする。
また、図５Ｃに示すように、光源１０１の発光面１０１ａは、長辺ＬＥ_２と短辺ＳＥ_２とを有する長方形状を有するものとする。

光源装置１００においては、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面（すなわち、図５Ａに示す
紙面を含む平面）と、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの短辺ＳＥ_１が
略平行であることが好ましい。すなわち、図５Ｂに示すロッドインテグレータ１０４の短
辺ＳＥ_１が図５Ａに示す紙面と平行になるようにロッドインテグレータ１０４を配置することが好ましい。このようにロッドインテグレータ１０４を配置することにより、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの長辺ＬＥ_１に対応する内側面に当たるように励起光等を入射させることができるので、ロッドインテグレータ１０４内部における励起光等の反射回数の増加に伴って励起光等を均一化でき、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。

また、光源装置１００においては、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面（すなわち、図５Ａに示す紙面を含む平面）と、光源１０１の発光面１０１ａの短辺ＳＥ_２が略平行であることが好ましい。すなわち、図５Ｃに示す発光面１０１ａの短辺ＳＥ_２が図５Ａに示す紙面と平行になるように光源１０１を配置することが好ましい。このように光源１０１を配置することにより、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面の延在方向に延びる光束の幅を狭くできるので、ダイクロイックミラー１０２の反射面１０２ａにおけるケラレを抑制でき、光利用効率の低下を抑制することができる。また、蛍光体ユニット１０３で反射した光がダイクロイックミラー１０２と干渉しないようにでき、光利用効率の低下を抑制することができる。

さらに、光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４は、屈折レンズ１０６との関係で配置を選択することが好ましい。例えば、光源装置１００では、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上に投影される励起光の投影像中心と、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上に投影される蛍光光の投影像中心と、屈折レンズ１０６の光軸とが一点で交わることが好ましい。

図６は、このようにした光源装置１００の概要について説明するための模式図である。
図６において、図５Ａと共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。図６Ａにおいては、光源装置１００における励起光の光路を示し、図６Ｂにおいては、光源装置１００における蛍光光の光路を示している。なお、図６においては、説明の便宜上、光の伝播方向に沿って配置される一対の集光レンズ１０５_１、１０５_２を示している。

図６に示す光源装置１００において、屈折レンズ１０６で集光された励起光におけるロ
ッドインテグレータの入射開口部１０４ａ上の投影像中心と、屈折レンズ１０６で集光された蛍光光におけるロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上の投影像中心とは、上述した点Ｔであるものとする。
また、屈折レンズ１０６は、その光軸ＬＡが点Ｔを通過するように配置されている。このため、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上に投影される励起光の投影像中心と、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａ上に投影される蛍光光の投影像中心と、屈折レンズ１０６の光軸ＬＡとが一点で交わっている。これにより、励起光及び蛍光光を、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの中心付近に入射させることができるので、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａによる光のケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。また、部品の公差により光源装置１００内の光学素子同士がずれた場合においても、光利用効率の低下を抑制することができる。

さらに、光源装置１００において、屈折レンズ１０６の配置は、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａに対して入射する励起光及び蛍光光の角度を一定範囲に設定する観点から選択することが好ましい。なお、入射開口部１０４ａに対する光線の角度とは、入射開口部１０４ａに平行な面の法線と光線のなす角をいう。例えば、光源装置１００では、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する励起光の光線の入射角が、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する蛍光光の光線の入射角よりも小さく設定されることが好ましい。

図６に示すように、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する励起光の光線の入射角を角度θ_１とし、入射開口部１０４ａに対して最も大きな角度で入射する蛍光光の光線の入射角を角度θ_２とする。光源装置１００においては、角度θ_１を角度θ_２より小さく設定することが好ましい。このように励起光の入射角θ_１を蛍光光の入射角θ_２より小さくすることにより、光源装置１００の後段に配置される光学系における光のケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。

なお、本発明に係る光源装置１００においては、上述した励起光の入射角θ_１と蛍光光の入射角θ_２とを同一角度に設定してもよい。これらの励起光の入射角θ_１を蛍光光の入射角θ_２と同一角度とすることにより、ＤＭＤやスクリーンに投影される励起光と蛍光光の光の分布を略同じにすることができ、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。

さらに、本発明に係る光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４の光学特
性は、上述した励起光の入射角θ_１と蛍光光の入射角θ_２との関係で選択することが好ましい。例えば、光源装置１００では、ロッドインテグレータ１０４をガラスロッドインテグレータで構成すると共に、そのガラスロッドインテグレータの全反射条件が励起光の入射角θ_１及び第二の色光の入射角θ_２より大きく設定されることが好ましい。

図７は、光源装置１００が有するロッドインテグレータ１０４の光学特性ついて説明するための模式図である。図７に示す光源装置１００において、ロッドインテグレータ１０４は、ガラスロッドインテグレータで構成される。また、ロッドインテグレータ１０４における全反射条件は、角度θ_{ｇｌａｓｓ}であるものとする。この場合において、角度θ_{ｇｌａｓｓ}は、励起光の入射角θ_１及び蛍光光の入射角θ_２よりも大きく設定される。これにより、ロッドインテグレータ１０４内部における励起光等の損失を防止できるので、光利用効率を向上することができる。

また、光源装置１００において、光ミキシング素子を構成するロッドインテグレータ１０４は、図８に示すように、入射開口部１０４ａが出射開口部１０４ｂよりも小さく構成されるテーパ形状とすることが好ましい。このようにロッドインテグレータ１０４をテーパ形状とすることにより、ロッドインテグレータ１０４から出射する光の出射角を小さくすることができるので、光源装置１００の後段に配置される光学系におけるケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。

以下、複数の実施形態について説明する。なお、以下に示す複数の実施形態は、本発明に係る光源光学系、光源装置及び画像投射装置の一例を示したものであり、適宜変更が可能である。また、それぞれの実施の形態を適宜組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
図９は、第１実施形態に係る光源装置２０を備えたプロジェクタ装置（画像投射装置）
１を示す概略構成図である。図９に示すように、プロジェクタ装置１は、筐体１０と、光
源装置２０と、照明光学系３０と、画像形成素子（画像表示素子）４０と、投射光学系５
０と、冷却装置６０とを有している。

筐体１０は、光源装置２０と、照明光学系３０と、画像形成素子４０と、投射光学系５
０と、冷却装置６０とを収納する。光源装置２０は、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応する波長を含んだ光を出射する。なお、光源装置２０の内部構成については、後に詳細に説明する。

照明光学系３０は、後述する光源装置２０のライトトンネル２９が均一化した光で画像
形成素子４０を略均一に照明する。照明光学系３０は、例えば、１枚以上のレンズや１面
以上の反射面等を有している。

画像形成素子４０は、照明光学系３０により照明される光（光源装置２０の光源光学系
からの光）を変調することにより画像を形成する。画像形成素子４０は、例えば、デジタ
ル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶表示素子で構成される。画像形成素子４
０は、照明光学系３０から照射される光（青色光、緑色光、赤色光、黄色光）と同期して
微小鏡面を駆動させ、カラー画像を生成する。

投射光学系５０は、画像形成素子４０が形成した画像（カラー画像）を、図示を省略されたスクリーン（被投影面）に拡大投影する。投射光学系５０は、例えば、１枚以上のレンズを有している。冷却装置６０は、プロジェクタ装置１内の熱を帯びる各素子及び装置を冷却する。

図１０は、第１実施形態に係る光源装置２０を示す概略構成図である。図１０Ａにおい
ては、光源装置２０における青色レーザ光の光路を示しており、図１０Ｂにおいては、光
源装置２０における蛍光光の光路を示している。

図１０Ａに示すように、光源装置２０は、光の伝搬方向に順に配置された、レーザ光源
（励起光源）２１、カップリングレンズ２２、第１の光学系２３、光学部材の一例である
ダイクロイックミラー２４、第２の光学系２５、波長変換ユニットの一例である蛍光体ユ
ニット２６、屈折光学系２７、カラーホイール２８及び光ミキシング素子の一例であるラ
イトトンネル２９を有している。

なお、図１０においては、説明の便宜上、カラーホイール２８（図９参照）を省略している。本実施の形態では、カラーホイール２８を光源装置２０の構成要素として説明している。しかしながら、光源装置２０の構成については、これに限定されず、カラーホイール２８を含めない構成としてもよい。

レーザ光源２１は、例えば、複数のレーザ光を出射する光源がアレイ状に配置されている。レーザ光源２１は、例えば、発光強度の中心が４５５［ｎｍ］の青色帯域の光（青色
レーザ光）を出射する。以下では、青色レーザ光を、単に青色光と称する。レーザ光源２
１から出射される青色光は、偏光方向が一定の方向である直線偏光であり、後述する蛍光
体ユニット２６が有する蛍光体を励起させる励起光としても用いられる。

なお、レーザ光源２１から出射される光は、後述する蛍光体を励起させることができる
波長の光であればよく、青色波長帯域の光に限定されるものではない。また、レーザ光源
２１は、複数の光源を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、１個の光源で構成されるものとしてもよい。また、レーザ光源２１は、基板上に複数の光源がアレイ
状に配置されたものとして構成することができるが、これに限定されるものではなく、その他の配置構成であってもよい。

カップリングレンズ２２は、レーザ光源２１から出射された青色光を入射し、平行光（
コリメート光）に変換するレンズである。なお、以下において、平行光とは、完全にコリ
メート（平行化）された光に限らず、略平行化された光を含む概念とする。カップリング
レンズ２２の数は、レーザ光源２１の光源の数に対応していればよく、レーザ光源２１の
光源の数の増減に応じて増減することができる。

本実施形態に係る光源装置２０においては、これらのレーザ光源２１とカップリングレンズ２２とで光源ユニットを構成する。例えば、レーザ光源２１は、行及び列をなして配置される複数のレーザーダイオードで構成される。すなわち、光源ユニットは、これらのレーザーダイオードと、レーザーダイオードの出射面側に配置されたカップリングレンズ２２とで構成される。

図１１は、第１実施形態に係る光源装置２０が有する光源ユニットの要部の説明図である。図１１に示すように、光源ユニットにおいて、カップリングレンズ２２は、レーザーダイオード２１Ａに対向して配置される。光源ユニットにおいて、各レーザーダイオード
２１Ａから出射する青色光（励起光）の発散角のうち、行方向又は列方向のうち大きい方
向の発散角をθとし、隣り合うレーザーダイオード２１ＡのピッチをＰとし、レーザーダ
イオード２１Ａの発光点からカップリングレンズ２２までの距離をＬとした場合に、各レ
ーザーダイオード２１Ａの配置間隔（Ｐ／Ｌｔａｎθ）は、以下に示す（式１）を満たす
ように設定される。
１ ≦ Ｐ／Ｌｔａｎθ ≦ ４ ・・・（式１）

また、最も好ましくは、各レーザーダイオード２１Ａの配置間隔は、以下の（式２）を
満たすように設定される。
Ｐ／Ｌｔａｎθ ＝ ２ ・・・（式２）
（式２）を満たすことにより、レーザ光源２１の発光面を小さくしつつ、各レーザーダ
イオード２１Ａの光を、対応するカップリングレンズ２２のみに入射させることができる
ので、隣接するカップリングレンズ２２に対する入射を防止でき、光の利用効率の低下を
抑制することができる。

なお、光源ユニットが備える複数のレーザーダイオード２１Ａは、同一の基板に配置さ
れることが好ましい。複数のレーザーダイオード２１Ａを同一の基板に配置することによ
り、光源ユニットから出射される光の領域を小さくできるので、光路上の各種の光学素子
における光のケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。

図１０に示すように、第１の光学系２３は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２１の側から蛍光体ユニット２６の側に向かって順に、大口径レンズ２３ａ及び負レンズ２３ｂを有している。大口径レンズ２３ａは、大口径素子の一例を構成するものであり、正のパワーを有し、カップリングレンズ２２から出射された平行光を集光及び合成するレンズで構成される。負レンズ２３ｂは、平行化素子の一例を構成するものであり、大口径レンズ２３ａにより集光された青色光を平行光に変換するレンズで構成される。第１の光学系２３は、カップリングレンズ２２から略平行光となって入射した青色光（励起光）を縮径させてダイクロイックミラー２４に導く。

ダイクロイックミラー２４は、第１の光学系２３から出射される青色光の伝播方向に対
して傾斜して配置されている。より具体的には、第１の光学系２３から出射される青色光
の伝播方向に沿って前端部が下方側に傾斜した状態で配置されている。ダイクロイックミ
ラー２４は、第１の光学系２３により略平行光とされた青色光を反射する一方、蛍光体ユ
ニット２６により変換された蛍光光（第２の色光）を透過する光学特性を有している。例
えば、ダイクロイックミラー２４には、上述した光学特性を有するようなコートが施され
ている。

図１２は、第１実施形態に係る光源装置２０が有するダイクロイックミラー２４の構成
の一例を示す図である。なお、図１２においては、第１の光学系２３側から出射される青
色光の入射方向からダイクロイックミラー２４を示している。図１２に示すように、ダイ
クロイックミラー２４は、２つの領域２４Ａ、２４Ｂに分割されている。以下においては
、説明の便宜上、領域２４Ａ、２４Ｂを、それぞれ第１の領域２４Ａ、第２の領域２４Ｂ
と呼ぶものとする。

第１の領域２４Ａは、第１の光学系２３（負レンズ２３ｂ）から出射される青色光を反
射する一方、後述する蛍光体ユニット２６の蛍光体により青色光から変換された蛍光光を
透過する光学特性を有している。この第１の領域２４Ａは、図１に示す反射面１０２ａを
構成する。第２の領域２４Ｂは、これらの青色光及び蛍光光を透過する光学特性を有して
いる。

第１の領域２４Ａは、第１の光学系２３の光軸上に配置される一方、第２の光学系２５
の光軸上に配置されず、第２の光学系２５の光軸よりも第１の光学系２３（負レンズ２３
ｂ）側の位置にずれて配置されている。一方、第２の領域２４Ｂは、第２の光学系２５の
光軸上に配置されず、第２の光学系２５の光軸よりも、第１の光学系２３と反対側の位置
にずれて配置されている。

第２の光学系２５は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源２１の側から蛍
光体ユニット２６の側に向かって順に、正レンズ２５Ａと正レンズ２５Ｂとを有している
。第２の光学系２５は、ダイクロイックミラー２４を反射した青色光を集光して蛍光体ユ
ニット２６に導く。また、第２の光学系２５は、蛍光体ユニット２６から放出される蛍光
光を平行化する。なお、第２の光学系２５は、集光素子の一例を構成する。

蛍光体ユニット２６には、第２の光学系２５から導かれた青色光が入射する。蛍光体ユ
ニット２６は、第２の光学系２５から出射された青色光を反射させる機能と、青色光を励
起光として作用させて蛍光体により青色光とは異なる波長域の蛍光光に変換する機能とを
切り替えるユニットである。なお、蛍光体ユニット２６で変換される蛍光光は、例えば、
発光強度の中心が５５０［ｎｍ］の黄色の波長域の光である。

図１３は、第１実施形態に係る光源装置２０が有する蛍光体ユニット２６の構成の説明
図である。図１３Ａにおいては、蛍光体ユニット２６を青色光の入射方向から示しており
、図１３Ｂにおいては、蛍光体ユニット２６を青色光の入射方向と直交する方向から示し
ている。なお、図１３に示す蛍光体ユニット２６の構成は、一例を示すものであり、これ
に限定されるものではなく適宜変更が可能である。

図１３に示すように、蛍光体ユニット２６は、円盤部材（基板）２６Ａと、円盤部材２
６Ａの中心を通り、当該円盤部材２６Ａの平面に垂直な直線を回転軸２６Ｂとして回転駆
動する駆動モータ（駆動部）２６Ｃとを有している。円盤部材２６Ａは、例えば、透明基
板や金属基板（アルミニウム基板等）を用いることができるが、これに限定されるもので
はない。

蛍光体ユニット２６（円盤部材２６Ａ）は、周方向の大部分（第１実施形態では２７０
°よりも大きい角度範囲）が蛍光領域２６Ｄに区画されており、周方向の小部分（第１実
施形態では９０°よりも小さい角度範囲）が励起光反射領域２６Ｅに区画されている。な
お、励起光反射領域２６Ｅは、ダイクロイックミラー２４で反射された励起光を反射（若
しくは拡散反射）する第１の領域の一例を構成する。蛍光領域２６Ｄは、ダイクロイック
ミラー２４で反射された励起光を変換して蛍光光を出射する領域の一例を構成する。蛍光
領域２６Ｄは、下層側から上層側に向かって順に、反射コート２６Ｄ１と、蛍光体層２６
Ｄ２と、反射防止コート（ＡＲコート）２６Ｄ３とを積層して構成されている。

反射コート２６Ｄ１は、蛍光体層２６Ｄ２による蛍光光（発光光）の波長領域の光を反
射する特性を有している。円盤部材２６Ａを反射率が高い金属基板で構成した場合には、
反射コート２６Ｄ１を省略することも可能である。言い換えると、円盤部材２６Ａに反射
コート２６Ｄ１の機能を持たせることも可能である。

蛍光体層２６Ｄ２としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させ
たもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ｃｅ：ＹＡＧ系などの希土類蛍光体を用
いることができる。なお、蛍光体層２６Ｄ２は、励起光の少なくとも一部を励起光とは異
なる波長の蛍光光に変換して出射する波長変換部材の一例を構成する。蛍光体層２６Ｄ２
による蛍光光（発光光）の波長帯域は、例えば、黄、青、緑、赤の波長帯域を用いることができるが、第１実施形態では、黄色の波長帯域を有する蛍光光（発光光）を用いる場合を例示して説明する。また、本実施例では波長変換素子として蛍光体を用いているが、燐光体や、非線形光学結晶などを用いてもよい。

反射防止コート２６Ｄ３は、蛍光体層２６Ｄ２の表面における光の反射を防止する特性
を有している。

励起光反射領域２６Ｅには、第２の光学系２５から導かれた青色光の波長領域の光を反
射する特性を有する反射コート（反射面）２６Ｅ１が積層されている。円盤部材２６Ａを
反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート２６Ｅ１を省略することも可能で
ある。言い換えると、円盤部材２６Ａに反射コート２６Ｅ１の機能を持たせることも可能
である。

円盤部材２６Ａを駆動モータ２６Ｃによって回転駆動することにより、蛍光体ユニット
２６上における青色光の照射位置が時間とともに移動する。その結果、蛍光体ユニット２
６に入射した青色光（第１の色光）の一部分が、蛍光領域（波長変換領域）２６Ｄで青色
光（第１の色光）とは波長の異なる蛍光光（第２の色光）に変換されて出射される。一方
、蛍光体ユニット２６に入射した青色光の他部分が、励起光反射領域２６Ｅで青色光のま
まで反射されて出射される。

なお、蛍光領域２６Ｄと励起光反射領域２６Ｅの数や範囲等には自由度があり、種々の
設計変更が可能である。例えば、各２つの蛍光領域と励起光反射領域とを周方向に９０°
間隔となるように交互に配置してもよい。

図１０に戻り、光源装置２０の構成について説明を続ける。屈折光学系２７は、第２の
光学系２５から出射する光（青色光及び蛍光光）を集光するレンズで構成される。蛍光体
ユニット２６から出射された光（青色光及び蛍光光）は、ダイクロイックミラー２４を透
過した後、屈折光学系２７により集光(屈折)され、カラーホイール２８に入射する（図９
参照）。カラーホイール２８は、蛍光体ユニット２６により生成された青色光及び蛍光光
を、所望の色に分離する部材である。

図１４は、第１実施形態に係る光源装置２０が有するカラーホイール２８の概略構成の
説明図である。図１４Ａにおいては、カラーホイール２８を青色光及び蛍光光の入射方向
から示しており、図１４Ｂにおいては、カラーホイール２８を青色光及び蛍光光の入射方
向と直交する方向から示している。図１４に示すように、カラーホイール２８は、円環形
状部材２８Ａと、回転軸２８Ｂを中心として円環形状部材２８Ａを回転駆動する駆動モー
タ（駆動部）２８Ｃとを有している。

円環形状部材２８Ａは、円周方向に沿って複数の領域に画定されている。円環形状部材
２８Ａは、円周方向に区画された拡散領域２８Ｄと、フィルタ領域２８Ｒ、２８Ｇ及び２
８Ｙとを有している。拡散領域２８Ｄは、蛍光体ユニット２６から出射された青色光を透
過及び拡散させるための領域である。フィルタ領域２８Ｒは、蛍光体ユニット２６から出
射された蛍光光のうち赤色成分の波長域を含む光を透過させる領域である。同様に、フィ
ルタ領域２８Ｇ、２８Ｙは、それぞれ蛍光体ユニット２６から出射された蛍光光のうち緑
色成分及び黄色成分の波長域を含む光を透過させる領域である。

なお、以上の説明では、カラーホイール２８が、蛍光光のうち赤色成分、緑色成分、黄
色成分の光をそれぞれ透過させる領域を有するものとしている。しかしながら、カラーホ
イール２８の構成については、これに限定されるものではなく、例えば、蛍光光のうち、
赤色成分及び緑色成分の光をそれぞれ透過させる領域を有するものとしてもよい。

また、カラーホイール２８における各領域の面積割合は、プロジェクタ装置１の設計仕
様に基づくものである。ただし、例えば、カラーホイール２８における拡散領域２８Ｄは
、蛍光体ユニット２６から出射される青色光が透過するので、蛍光体ユニット２６の円盤
部材２６Ａの全面積に対する励起光反射領域２６Ｅの面積の割合と、カラーホイール２８の全面積に対する拡散領域２８Ｄの面積の割合とを一致させるものとすればよい。

駆動モータ２８Ｃが回転駆動することにより、円環形状部材２８Ａが円周方向に回転す
る。円環形状部材２８Ａが円周方向に回転することによって、蛍光体ユニット２６から出
射された青色光は拡散領域２８Ｄへ入射し、蛍光体ユニット２６から出射された蛍光光は
フィルタ領域２８Ｒ、２８Ｇ及び２８Ｙへ順次入射することになる。蛍光体ユニット２６
から出射された光（青色光および蛍光光）が、カラーホイール２８を透過することによって、青色光、緑色光、赤色光及び黄色光が順次出射される。カラーホイール２８の各領域を透過した光は、ライトトンネル２９へ入射される。

ライトトンネル２９は、４つのミラーが四角柱の内側になるように形成された光学素子
で、四角柱の一端から入射した光を内部のミラーで複数回反射させることで光の分布を均
一化する素子（光均一化素子）である。ライトトンネル２９は、屈折光学系２７で集光さ
れた光（青色光及び蛍光光）が入射するように配置されている。なお、第１実施形態では
、光ミキシング素子の一例としてライトトンネル２９を示しているが、これに限定されず
、ロッドインテグレータやフライアイレンズ等を用いることも可能である。

図１５は、第１実施形態に係る光源装置２０が有するライトトンネル２９の入射開口部
２９Ａを光の入射方向から見た図である。図１５においては、ライトトンネル２９の入射
開口部２９Ａ上の青色光の投影範囲を示している。ライトトンネル２９は、図１５に示す
ように、僅かに傾いて配置されている。ライトトンネル２９の傾き角は、光源装置２０に
求められる性能によって変わる。

第１実施形態に係る光源装置２０の光源ユニットにおいては、上述したように、レーザ
光源２１（レーザーダイオード２１Ａ）がアレイ状に配置されている。図１５Ｂに示すよ
うに、レーザーダイオード２１Ａから出射される青色光等が投影するライトトンネル２９
の入射開口部２９Ａ上の投影範囲は楕円形状に構成される（図１５Ａ、図１５Ｂ参照）。
例えば、入射開口部２９Ａ上の青色光等の投影範囲は、図１５Ａに示すように、楕円形状
の長軸が入射開口部２９Ａの短辺と略平行に配置される。このように入射開口部２９Ａ上
の青色光等の投影範囲を設定することにより、ライトトンネル２９による青色光等のケラ
レを抑制することができる。なお、入射開口部２９Ａ上の青色光等の投影範囲は、図１５Ｂに示すように、楕円形状の長軸が入射開口部２９Ａの長辺と略平行に配置してもよい。
ここでいう楕円形状は、投影範囲の縦方向の強度分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）と、横方向
の強度分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）とに差があるような形状のことをいう。つまり、等方
的な強度分布を持たない形状のことである。

このような構成を有する光源装置２０における青色光の光路（以下、適宜「青色光光路
」という）について、図１０Ａを参照して説明する。青色光光路とは、レーザ光源２１が
出射した励起光のうち、蛍光体ユニット２６の励起光反射領域２６Ｅで反射する光が進行
する光路をいう。

レーザ光源２１から出射された青色光は、カップリングレンズ２２により平行光に変換
される。カップリングレンズ２２から出射された青色光は、第１の光学系２３の大口径レ
ンズ２３ａによって集光及び合成された後、負レンズ２３ｂによって平行光に変換される
。負レンズ２３ｂから出射された青色光は、ダイクロイックミラー２４の第１の領域２４
Ａで反射され、第２の光学系２５に向かう。第１の領域２４Ａは、レーザ光源２１から出
射された青色光を反射する反射面１０２ａを構成する（図１参照）。上述した励起光の投
影像中心の点Ｐは、第１の領域２４Ａに形成される。

上述したように、ダイクロイックミラー２４の第１の領域２４Ａは、第２の光学系２５
の光軸に対して第１の光学系２３側にずれて配置されている。このため、青色光光路は、
第２の光学系２５（より具体的には、正レンズ２５Ａ）の第１の光学系２３側の一部に入
射する。そして、青色光は、第２の光学系２５の光軸に角度を有した状態で近づくように
進み、第２の光学系２５（より具体的には、正レンズ２５Ｂ）から出射する。第２の光学
系２５から出射した青色光は、蛍光体ユニット２６に入射する。

ここで、蛍光体ユニット２６に入射した青色光は、励起光反射領域２６Ｅに入射するも
のとする。励起光反射領域２６Ｅに入射した青色光は、正反射される。励起光反射領域２
６Ｅで正反射された青色光は、第２の光学系２５（より具体的には、正レンズ２５Ｂ）に
おける第１の光学系２３とは反対側の一部に入射する。そして、青色光は、第２の光学系
２５の光軸に角度を有した状態で遠ざかるように進み、第２の光学系２５（より具体的に
は、正レンズ２５Ａ）から出射する。

第２の光学系２５（より具体的には、正レンズ２５Ａ）から出射した青色光は、ダイク
ロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂを透過する。蛍光体ユニット２６から正反射され
た青色光の光束、或いは、第２の光学系２５から出射してダイクロイックミラー２４の第
２の領域２４Ｂを透過した青色光の光束は、上述した蛍光体ユニット１０３から出射する
励起光の光束Ｑを構成する。上述のように、ダイクロイックミラー２４の第２の領域２４
Ｂは、励起光（及び蛍光光）を透過する光学特性を有している。このため、青色光の光束
（光束Ｑ）がダイクロイックミラー２４と交わる場合であっても、光利用効率の低下を抑
制することができる。

ダイクロイックミラー２４の第２の領域２４Ｂを透過した青色光は、屈折光学系２７に
入射する。そして、青色光は、屈折光学系２７の光軸に角度を有した状態で近づくように
進み、カラーホイール２８を介してライトトンネル２９に入射する。ライトトンネル２９
の内部で複数回反射され、均一化された後、光源装置２０の外部に配置された照明光学系
３０に入射する。

次に、本実施の形態に係る光源装置２０における蛍光光の光路（以下、適宜「蛍光光路
」という）について、図１０Ｂを参照して説明する。なお、図１０Ｂにおいては、説明の
便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。蛍光光路とは、レーザ光源２１が出射した
励起光のうち、蛍光体ユニット２６の蛍光領域２６Ｄで波長変換される光が進行する光路
をいう。

レーザ光源２１から出射された青色光が蛍光体ユニット２６に導かれるまでは、蛍光光
路は、上述した青色光光路と同様である。ここで、蛍光体ユニット２６に入射した青色光
は、蛍光領域２６Ｄに入射するものとする。蛍光領域２６Ｄに入射した青色光は、蛍光体
に対する励起光として作用し、蛍光体により波長変換され、例えば、黄色の波長域を含む
蛍光光になると共に、反射コート２６Ｄ１及び蛍光体層２６Ｄ２の作用によりランバート
反射される。

蛍光領域２６Ｄによってランバート反射された蛍光光は、第２の光学系２５によって平
行光に変換される。第２の光学系２５から出射した蛍光光は、ダイクロイックミラー２４
を透過し、屈折光学系２７に入射する。そして、蛍光光は、屈折光学系２７の光軸に角度
を有した状態で近づくように進み、カラーホイール２８を介してライトトンネル２９に入
射する。ライトトンネル２９の内部で複数回反射され、均一化された後、光源装置２０の
外部に配置された照明光学系３０に入射する。

このように第１実施形態に係る光源装置２０においては、レーザ光源２１から出射され
る青色光の光路を、蛍光体ユニット２６の反射前と反射後とで異ならせている。より具体
的には、レーザ光源２１からダイクロイックミラー２４の第１の領域２４Ａ上に投影され
る青色光の投影像中心の点（図１に示す点Ｐ）と、蛍光体ユニット２６から反射する青色
光の光束（図１に示す光束Ｑ）とが交わらないように青色光光路を形成している。これにより、蛍光体ユニット２６から出射された青色光の光束が、レーザ光源２１から出射された青色光の投影像中心に交わらないことから、青色光がダイクロイックミラー２４上の同一箇所を透過するのを防止できるので、集光密度の上昇に起因してダイクロイックミラー２４が破損する事態を抑制でき、信頼性を向上することができる。

また、蛍光体ユニット２６から出射される青色光の光路を分離するために位相差板や偏
光分離素子（偏光ビームスプリッター）等の特別な光学素子を用意する必要がないので、
部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に光源装置２０を小型化することができ
る。さらに、位相差板や偏光分離素子等の偏光を操作する光学部品を使用しないので、光
学部品の反射率、透過率及び吸収率等による光利用効率の低下を抑制することができる。

さらに、第１実施形態に係る光源装置２０において、レーザ光源２１から出射される青
色光は、偏光方向が一定の方向である直線偏光である。また、複数のレーザ光源２１を有
する光源ユニットは、直線偏光の向きが全て同じになるように配置されている。このため
、光源ユニットから出射する光の直線偏光の向きは揃っている。直線偏光の向きは、光源
ユニットを配置する向きで決定できる。図１５のように、ライトトンネル２９の傾きに合
わせて光源ユニットを傾けると直線偏光の向きが変わってしまう。このように直線偏光の
向きが変わってしまうような状況下において、偏光分離素子等により偏光を操作する構成
である場合、偏光分離素子を透過する際に光利用効率が低下し得る。第１実施形態に係る
光源装置２０においては、偏光を操作する構成を採用しないため、レーザ光源２１の傾き
に起因して光利用効率が低下するのを防止することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る光源装置２０１は、ダイクロイックミラーの構成において第１実施
形態に係る光源装置２０と相違する。以下、第２実施形態に係る光源装置２０１の構成に
ついて、第１実施形態に係る光源装置２０との相違点を中心に説明する。図１６は、第２
実施形態に係る光源装置２０１を示す概略構成図である。図１６Ａにおいては、光源装置
２０１における青色光の光路を示しており、図１６Ｂにおいては、光源装置２０１におけ
る蛍光光の光路を示している。なお、図１６において、図１０と共通の構成については、
同一の符号を付与して説明を省略する。また、図１６Ｂにおいては、説明の便宜上、蛍光
光の光路の一部を省略している。

図１６に示すように、光源装置２０１においては、ダイクロイックミラー２４１を備え
る点のみで第１実施形態に係る光源装置２０と相違する。ダイクロイックミラー２４１は
、ダイクロイックミラー２４と同様に傾斜して配置される一方、ダイクロイックミラー２
４よりも短い長さを有している。ダイクロイックミラー２４の寸法が短く構成されること
から、光源装置２０を小型化することができる。ダイクロイックミラー２４１は、ダイク
ロイックミラー２４の一部（第１の領域２４Ａ）と同様の光学特性を有している。

図１７は、第２実施形態に係る光源装置２０１が有するダイクロイックミラー２４１の
構成の一例を示す図である。なお、図１７においては、第１の光学系２３側から出射され
る青色光（励起光）の入射方向からダイクロイックミラー２４１を示している。図１７に
示すように、ダイクロイックミラー２４１は、単一の領域２４１Ａのみで構成されている
。

領域２４１Ａは、第１の領域２４Ａと同様に、第１の光学系２３（負レンズ２３ｂ）か
ら出射される青色光を反射し、蛍光体ユニット２６の蛍光体により青色光から変換された
蛍光光を透過する光学特性を有している。また、領域２４１Ａは、第１の領域２４Ａと同
一の位置に配置されている。すなわち、領域２４１Ａは、第１の光学系２３の光軸上に配
置される一方、第２の光学系２５の光軸上に配置されず、第２の光学系２５の光軸よりも
第１の光学系２３側にずれた位置に配置されている。

このような構成を有する光源装置２０１における青色光光路及び蛍光光路について、図
１６Ａ及び図１６Ｂを参照して説明する。図１６Ａに示すように、レーザ光源２１から出
射された青色光が、蛍光体ユニット２６の励起光反射領域２６Ｅで反射され、第２の光学
系２５に出射されるまでは、第１実施形態の青色光光路と同様である。第２実施形態に係
る光源装置２０１では、第１実施形態と異なり、第２の光学系２５から出射された青色光
がダイクロイックミラー２４１を透過しない。蛍光体ユニット１０３から出射する青色光
の光束（光束Ｑ）は、ダイクロイックミラー２４と交わらない。一方、蛍光光路について
は、図１６Ｂに示すように、第１実施形態と同様である。

第２実施形態に係る光源装置２０１においては、レーザ光源２１から出射される青色光
の光路を、蛍光体ユニット２６の反射前と反射後とで異ならせていることから、第１実施
形態に係る光源装置２０と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト化を図る
ことができる。

特に、光源装置２０１では、第２の光学系２５の幅よりもダイクロイックミラー２４１
の幅を小さくすることができるため、光源装置２０１のサイズを小さくすることができる
。さらに、蛍光体ユニット２６で反射した青色光の光路がダイクロイックミラー２４１を
透過しないため、当該ダイクロイックミラー２４１の透過率に起因する光利用効率の低下
を抑制することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る光源装置２０２は、レーザ光源２１及びカップリングレンズ２２か
らなる光源ユニット（以下、適宜「第１光源ユニット」という）に加え、レーザ光源２１
１及びカップリングレンズ２２１からなる光源ユニット（以下、適宜「第２光源ユニット
」という）を有する点、並びに、第２光源ユニットからの励起光を第１光源ユニットから
の励起光に合成する偏光光学部品を有する点で、第２実施形態に係る光源装置２０１と相
違する。

以下、第３実施形態に係る光源装置２０２の構成について、第２実施形態に係る光源装
置２０１との相違点を中心に説明する。図１８は、第３実施形態に係る光源装置２０２を
示す概略構成図である。図１８Ａにおいては、第３実施形態に係る光源装置２０２におけ
る青色レーザ光の光路を示しており、図１８Ｂにおいては、第３実施形態に係る光源装置
２０２における蛍光光の光路を示している。なお、図１８において、図１６と共通の構成
については、同一の符号を付与して説明を省略する。また、図１８Ｂにおいては、説明の
便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。

図１８に示すように、光源装置２０２においては、第２光源ユニットを構成するレーザ
光源２１１及びカップリングレンズ２２１を有している。第２光源ユニットは、レーザ光
源２１１から出射されるレーザ光が、第１光源ユニットのレーザ光源２１から出射される
レーザ光と直交するように配置されている。

レーザ光源２１１は、レーザ光源２１と同様の構成を有している。すなわち、レーザ光
源２１１は、複数のレーザ光を出射する光源（レーザダイオード）がアレイ状に配置され
ており、例えば、発光強度の中心が４５５［ｎｍ］の青色光を出射する。ここで、レーザ
光源２１、２１１は、いずれもＰ偏光を出射するように構成されている。カップリングレ
ンズ２２１は、カップリングレンズ２２と同様に、レーザ光源２１１から出射された青色
光を入射し、平行光（コリメート光）に変換するレンズである。

光源装置２０２においては、偏光光学部品を構成する１／２波長板２２２及び偏光分離
素子２２３を有している。１／２波長板２２２は、複数のカップリングレンズ２２１に対
向して配置されている。１／２波長板２２２は、レーザ光源２１１から出射される青色光
のＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する。偏光分離素子２２３は、レーザ光源２１から出射
される青色光及びレーザ光源２１１から出射される青色光の光路上に配置されている。偏
光分離素子２２３は、青色光のＳ偏光成分を反射する一方、青色光のＰ偏光成分を透過す
る光学特性を有している。

レーザ光源２１から出射された青色光のＰ偏光成分は、偏光分離素子２２３を透過し、
第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａに入射される。一方、レーザ光源２１１から出射
される青色光のＰ偏光成分は、１／２波長板２２２によりＳ偏光に変換された後、偏光分
離素子２２３により反射され、第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａに入射される。
このようにして第２光源ユニットからの励起光（青色光）が、第１光源ユニットからの励起光（青色光）に合成される。

このような構成を有する光源装置２０２における青色光光路及び蛍光光路について、図
１８Ａ及び図１８Ｂを参照して説明する。図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、偏光分離
素子２２３により合成され、第１の光学系２３の大口径レンズ２３ａに入射された後の青
色光光路及び蛍光光路は、第２実施形態と同様である。

第３実施形態に係る光源装置２０２においては、レーザ光源２１から出射される青色光
の光路を、蛍光体ユニット２６の反射前と反射後とで異ならせていることから、第２実施
形態に係る光源装置２０１と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト化を図
ることができる。特に、光源装置２０２では、第１光源ユニットからの励起光に第２光源
ユニットからの励起光を合成することから、励起光の輝度を高めることができ、光利用効
率を向上することができる。また、偏光光学部品を構成する１／２波長板２２２及び偏光
分離素子２２３で偏光を操作することから、光源から出射される光の偏光成分の混在の有
無に関わらず、光路の分離及び合成を実現することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る光源装置２０３は、蛍光体ユニット２６に代えて、蛍光体ユニット
を有する点で、第２実施形態に係る光源装置２０１と相違する。以下、第４実施形態に係
る光源装置２０３の構成について、第２実施形態に係る光源装置２０１との相違点を中心
に説明する。

図１９は、第４実施形態に係る光源装置２０３を示す概略構成図である。図１９Ａにお
いては、光源装置２０３における青色レーザ光の光路を示しており、図１９Ｂにおいては
、光源装置２０３における蛍光光の光路を示している。なお、図１９において、図１６と
共通の構成については、同一の符号を付与して説明を省略する。また、図１９Ｂにおいて
は、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。

第４実施形態に係る光源装置２０３においては、回転駆動される蛍光体ユニット２６の
代わりに、回転駆動しない蛍光体ユニット（以下、適宜「静止蛍光体ユニット」という）
２６１を有いている。静止蛍光体ユニット２６１は、レーザ光源２１から出射される青色
光（励起光）の一部をそのまま反射させる一方、青色光の他部を蛍光光に変換して出射（
放出）させる。

図２０は、第４実施形態に係る光源装置２０３が有する静止蛍光体ユニット２６１の構
成を説明する模式図である。図２０においては、静止蛍光体ユニット２６１を青色光の入
射方向と直交する方向から示している。図２０に示すように、静止蛍光体ユニット２６１
は、励起光を反射する反射部材２６１ａの上に、波長変換部材である蛍光体２６１ｂが積
層されて構成されている。例えば、反射部材２６１ａ及び蛍光体２６１ｂは、平面視にて
矩形状を有している。蛍光体２６１ｂは、反射部材２６１ａ上に塗布される。

蛍光体２６１ｂは、入射した青色光（励起光）のうち、例えば、８０％を蛍光光に変換
するものとする。静止蛍光体ユニット２６１に青色光が入射した場合、青色光の８０％は
、蛍光体２６１ｂに対する励起光として作用し、蛍光体２６１ｂにより波長変換される。
これにより、例えば、発光強度の中心が５５０［ｎｍ］の黄色の波長域を含む蛍光光とな
ると共に、蛍光体２６１ｂ及び反射部材２６１ａの作用によりランバート反射される。

一方、入射した青色光（励起光）のうち、例えば、青色光の２０％は、励起光としては
作用せず、反射部材２６１ａによって反射される。したがって、この静止蛍光体ユニット
２６１に青色光が入射すると、青色光と蛍光光が同時に出射される。

このような構成を有する光源装置２０３における青色光光路及び蛍光光路について、図
１９Ａ及び図１９Ｂを参照して説明する。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、光源装置
２０３における青色光光路及び蛍光光路は、静止蛍光体ユニット２６１における波長変換
及び反射を除き、第２実施形態と同様である。

第４実施形態に係る光源装置２０３においては、レーザ光源２１から出射される青色光
の光路を、静止蛍光体ユニット２６１の反射前と反射後とで異ならせていることから、第
２実施形態に係る光源装置２０１と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト
化を図ることができる。特に、光源装置２０３では、静止蛍光体ユニット２６１により、
青色光と蛍光光とが同時に出射されることから、蛍光体ユニットを回転駆動する必要がな
く、装置の製造コストを低減することができる。また、回転駆動用のモータを省略するこ
とができるので、静音化を図ると共に、モータの寿命に起因する信頼性の低下を防止する
ことができる。

以下、本発明の実施形態を４例、実施形態１ないし実施形態４として説明する。
実施形態１ないし４は、上に説明した第1ないし第4実施形態における励起光、蛍光光の光路を3次元的に構成した形態である。
上述したように、図５Ａにおいては、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面（すなわち、図５Ａに示す紙面を含む平面）と、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの短辺ＳＥ_１が略平行であることが好ましいとしたが、必ずしも平行でなくてもよい。
即ち、直線Ｌ２を中心軸として、ロッドインテグレータ１０４を若干回転してもよい。

（実施形態１）
図２１に示す実施形態１の光源装置は、直線Ｌ１、Ｌ２を含む面に対してロッドインテグレータ１０４の入射開口部の長辺が平行である場合の形態である。
本発明は、前述の如く「光学部材に入射する励起光の光路と光学部材で反射して集光素子に向かう励起光の光路（光学部材の前後の光路）を含む平面と、集光素子と波長変換ユニットの間の励起光の光路（波長変換ユニット前後の光路）を含む平面が平行とならないようにした」点に特徴の一端がある。

図２１Ａに示す構成は、図５Ａの構成と同様である。図５においては、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面が「紙面を含む面内にある」とした。即ち、直線Ｌ１の延長線に直線Ｌ２が交わる」としたが、ここで説明する実施形態１では、直線Ｌ１の延長線と直線Ｌ２が交わらない構成である。

図２１Ａにおける符号につき説明する。
Ｌ０は、光源１０１から発する光線束の略中心部を起点とし点Ｐに至る光路（直線）である。
Ｌ１は、集光レンズ１０５に入射する励起光が投影する、集光レンズ１０５の入射面１０５ａ上の投影像中心と、反射面１０２ａ上の点Ｐとを結ぶ光路（直線）である。
Ｌ１２は、入射面１０５ａ上の投影像を形成する光線束の略中心点を通過する光線が集光レンズ１０５の出射面１０５ｂから出て反射点Ｒに向かう光路（直線）である。
Ｑは、蛍光体ユニット１０３から出射する励起光の光束である。
Ｑ１は、反射点Ｒで反射し、集光レンズ１０５に向かう光路である。
Ｑ２は、集光レンズ１０６で屈折されて、ロッドインテグレータ１０４に入射する点Ｔに向かう光路である。
光路Ｑ１、Ｑ２は、光束の中心光線を代表とする光路であり、これらを光線Ｑ１、Ｑ２とも称する。また、光束Ｑについてもその中心光線を代表光線として、この代表光線を表すものとして光線Ｑとも称する。また、Ｑ、Ｑ１、Ｑ２を、光線Ｑ、Ｑ１、Ｑ２を含む光束としてとらえて、光束Ｑ、光束Ｑ１、光束Ｑ２ともいう。
Ｕは、光線Ｌ１と光線Ｌ２の仮想交点である。
Ｖは、光線Ｑ１と光線Ｑの仮想交点である。
Ｗは、光線Ｑと光線Ｑ２との仮想交点である。

また、３次元的な位置関係を明確にするために、反射面１０２ａへ入射する方向をZ軸として、右手系のＸＹＺ座標軸を図の如く定めた。
図２１Ａは、ＹＺ平面をＸ軸の−の側から見た図であり、図２１Ｂは、図２１Ａの状態をロッドインテグレータ１０４の側から見た図、即ち、ＺＸ平面をＹ軸の＋の側から見た図である。

図２１Ａ、図２１Ｂに示すように、光源１０１から発する光線は、直接あるいは折り返されて（図は直接）ダイクロイックミラー１０２へ向かうが、ダイクロイックミラー１０２へ入射する光線が直線Ｌ０に沿って進む。直線Ｌ０そのものを光線ととらえてもよい。
光源１０１から発する光は「一定の幅をもって、あるいは、離散的にすすむ光線の束」として扱うものとし、この「光線の束の略中心の光路」を直線Ｌ０とする。
光源は、単一、あるいは、ある面に対してアレイ状に配列した複数の発光部から成り立ち、単一ならその中心、複数なら複数配列された発光部の略中心として、その中心の光路が直線Ｌ０となる。
直線Ｌ０が発光部、あるいは発光部群の中心であることを限定するものではなく、あくまでも光線の束の略中心の光路とする。
直線Ｌ０に沿って進む光線は、点Ｐで反射し集光レンズ１０５に入射し、集光レンズ１０５の屈折作用で点Ｒに進む。この時、蛍光体ユニット１０３上の点Ｒは、反射領域となっており、点Ｒで正反射し、正反射した光線Ｑ１は再び集光レンズ１０５に向かう。光束Ｑ１は集光レンズの屈折作用で屈折し光束Ｑとなる。光束Ｑは集光レンズ１０６の集光作用により屈折し、光束Ｑ２となって点Ｔへと向かう。

本来は、集光レンズ１０５を通過する光線は、レンズの境界で屈折して集光点Ｒに向かうのであるが、図においては、レンズ内部の点Ｕで屈折しているように描いている。これは、本発明の特徴を正しく伝えるために説明を簡単にするためであり、実際はレンズ界面（図３における１０５ａや１０５ｂ）を通過する際に屈折している。
点Ｒで反射した光線Ｑ１が屈折して光線Ｑとなる屈曲点Ｖも同様であり、光線Ｑが集光レンズ１０６の屈折作用で、屈曲点Ｗで屈折し光線Ｑ２となる屈曲点Ｗも同じである。

本発明の光源装置は、図２１Ｂに示すように、直線Ｌ０と直線Ｌ１とを含む平面ＰＬ１と、直線Ｌ１２と光束（光線）Ｑ１とを含む平面ＰＬ２が「平行な関係でない（互いに非平行である。）」ことを特徴としている。
さらに、「直線Ｌ１上に沿って直進する光線を含む直線（直線Ｌ１の延長）が集光レンズ１０５による屈折力により、直線Ｌ２（点Ｒの垂線）が交わらない構成」となっている。
そして、実施形態１の光源装置では、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部の長辺が、平面ＰＬ１に平行になっている。

（実施形態２）
図２２に示す実施形態２の光源装置は、上に説明した実施形態１の変形例であり、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部の長辺が、平面ＰＬ１に対して時計回りに若干回転している点が実施形態１と異なり、他の点は実施形態１と同一である。
（実施形態３）
図２３に示す実施形態３の光源装置も、上に説明した実施形態１の変形例であり、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部の長辺が、平面ＰＬに対して反時計回りに若干回転している点が実施形態１と異なり、他の点は実施形態１と同一である。

実施形態２、３の何れの場合も、図２２、図２３から明らかなように、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部の長辺は、平面ＰＬ１に対して「平行に近い」ので、ロッドインテグレータ１０４への入射光の大部分は、ロッドインテグレータの長辺に入射する。
実施形態１ないし３の光源装置はまた、蛍光体ユニット１０３の回転中心軸を定めたとき、この回転中心軸と光線Ｌ０が交わらない位置関係となるように光源ユニットと蛍光体ユニットが配置されていることが特徴的ともいえる。
ここで、光源１０１から発する光は一定の幅、あるいは、離散的にすすむ光線の束として扱つとしたが、あくまでも、それらの光線の束の略中心の光路を直線Ｌ０としている。光線の束は、一定の幅（太さ）を有しているので、中心から外れた端部は、回転中心軸と交わることもありうる。本発明の主旨は、光源１０１から発する光は一定の幅で、あるいは、離散的にすすむ光線の束の略中心の光線（光路）に沿う光路（直線）をＬ０、Ｌ１などとしている。

なお、図２１Ｂ、図２２、図２３では、回転中心軸と光線Ｌ０が交わらない様子を誇張して描いている。
このような構成により、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの長辺に対応する内側面に当たるように励起光等を入射させることができるので、ロッドインテグレータ１０４内部における励起光等の反射回数の増加に伴って励起光等を均一化でき、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。
また、実施形態２、３では、点Ｒと、第１の色光が投影するロッドインテグレータの入射開口部上の投影像中心とを結ぶ直線を直線Ｌ２とした場合に、直線Ｌ１と直線Ｌ２とを含む面と、ロッドインテグレータ入射開口部の短辺方向とが平行な関係とならないようにしている。つまり、ロットインテグレータ１０４を、直線Ｌ２を軸として回転させた。
このような構成により、内部反射面での反射回数をより増やすことが可能となり、均一化に大きな効果が得られる。

特に、図２２の実施形態では、ロットインテグレータ１０４へ到達する励起光は、ロッドインテグレータ１０４の長辺側に位置する内部反射領域に多くの光線が当たりやすくなる。つまり、励起光線の光束幅が大きくなると、図２３の実施形態３よりも、図２２の実施形態２のほうが「長辺側に位置する内部反射領域が広くなる」こともわかる。したがって、図２２の実施形態２がより好ましい。
一方、もし、平面ＰＬ１と平面ＰＬ２が平行となるようなレイアウトにすると、ロットインテグレータの短辺側から入射することになり、均一化がしにくくなる。
従って、平面ＰＬ１と平面ＰＬ２を、平行でなく、望ましくは４５度より大きく１３５度より小さい、即ち「略９０度となる位置関係」にすることで、平面ＰＬ１と「ロットインテグレータ１０４の長辺方向」が揃っている場合など、ロットインテグレータ１０４の配置を変えることなく、励起光線の入射方向を「略９０度」偏向させ、ロッドインテグレータ１０４の長辺側に位置する内部反射領域に多くの光線を導くことができる。したがって、均一化に効果がある。
平面ＰＬ１と平面ＰＬ２との成す角度を僅かであっても角度をつける（すなわち平行でない）ことによって、角度をなす方向に光路を折り曲げることができるので、装置の小型化へ効果がある。
また、より装置の容積を小さくするためには、平面ＰＬ１と平面ＰＬ２の成す角度を適切に設定すればより大きな効果を得ることができるが、その角度について、平面ＰＬ１と平面ＰＬ２との成す角度を上記の如く「略９０度（すくなくとも、４５度より大きく１３５度より小さい範囲）」とすることにしたことで、より立方的に光路を折り曲げることができ、光学系をコンパクトにできる。

さらに他の実施形態を実施形態４として説明する。
図２４、図２５、図２６は、実施形態４の説明図である。
図２４は、上に説明した実施形態１である図２１Ａと同じ方向から見たである。
図２４において、図示を省略された光源（図２１Ａの光源１０１と同一である。）から発した光線は、紙面の奥行方向であるＸ軸の＋方向に進み、レンズＬＮ１、ＬＮ２を透過して、折り返しミラーＢＭでＺ方向に折り返され、ミラーＤＭの反射面１０２ａ（図１Ａ参照）に向かう。折り返しミラーＢＭで折り返したあとの光線は、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２２、図２３に記載した光路Ｌ０に相当し、概略機能は同じである。
つまり、図２１ないし図２３の反射ミラー１０２は、図２４、図２５、図２６のミラーＤＭに相当する。

ミラーＢＭで折り返された光線は、Ｚ方向、つまり図面上の右から左へ向かってすすむ光線Ｌ１となる（図２１Ｂとは左右逆）。
つぎに、ミラーＤＭで紙面の下方向に折り返され、光路Ｌ１を辿って集光レンズＬＮ３、ＬＮ４によって集光され、光路Ｌ１２を通り蛍光体ユニットＰＷ上の点Ｒに集光される。ＰＷ上の反射領域では、集光された光源光は反射され高速Ｑとなって再びレンズＬＮ４、レンズＬＮ３によって集光されミラーＤＭとは干渉せず（紙面の手前を通過、紙面の奥行方向での位置が異なるので）、ミラーＤＭの近傍を通過しレンズＬＮ５へと向かう。
そして、レンズＬＮ５により集光された光源光（励起光）は、ロッドインテグレータＬＴに到達する。ここでロッドインテグレータＬＴはＹＺ平面（紙面）に平行な方向が入射面の長辺に沿った配置である。実際は点Ｒの垂線を中心として多少回転している場合もあるので、長辺に沿っていると表記する。また、紙面に垂直な方向に沿っている。このとき、ロッドインテグレータＬＴに入射する光線（励起光）は、図２４では、紙面に対して奥行方向からロッドインテグレータＬＴへ入射する光線となる。すなわちロッドインテグレータＬＴの長辺へ入射する光線が多い。

図２５は、図２４をＹ軸の周りに９０度回転させた図である。
ミラーＤＭで折り返されて下方に向かう光線は、蛍光体ユニットＰＷの反射面で反射されて上方へ向かうが、それぞれの光線は、図示の如く互いに干渉しないで進み、レンズＬＮ５で集光してカラーホイールＣＷを介してロッドインテグレータＬＴへと向かう。
ここでロッドインテグレータＬＴはＸＹ平面（紙面）に平行な方向が短辺に沿った配置であり、ロッドインテグレータＬＴに入射する光線（励起光）は、図２５においては、紙面に対して平行な方向からロッドインテグレータＬＴへ入射する光線となる。すなわちロッドインテグレータＬＴの長辺へ入射する光線が多い。

図２６はロッドインテグレータ側から蛍光体ユニットを見た図であり、図２３等に相当する方向であり、１８０度向見ている向きが異なるだけである。
また、図２４、図２５に示した通り、平面ＰＬ１と平面ＰＬ２は略９０度となるようにしている。略９０度とは４５度より大きく、１３５度より小さい範囲である。このような構成を採用することで、光線Ｌ１と蛍光体ユニットＰＷから発する励起光の光束Ｑを含む光路とを離すことが可能となる。また、光束ＱをミラーＤＭと離しやすくなる。
また、平面ＰＬ１がロッドインテグレータＬＴの長辺に沿っていても、ロットインテグレータＬＴの入射位置から見たときに、励起光の入射方向を略９０度回転するので、ロッドインテグレータＬＴの短軸方向から、励起光を入射させることができる。

以上の構成により、従来技術で必要であったＰＢＳや波長板などは不要となり、構成が簡易になるとともに、光路を３次元的に折り曲げるので、ロッドインテグレータに到達する際の光線の方向を、自在にかえることができるようになった。
具体的には、ロッドインテグレータ１０４の入射開口部１０４ａの長辺ＬＥ_１（図５Ｂ参照）に対応する内側面に当たるように励起光を入射させることができる。それにより、ロッドインテグレータ１０４内部における励起光等の反射回数の増加に伴って励起光等を均一化でき、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。

上述した各実施形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。特に、各実施形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。

１ ：プロジェクタ装置
１０ ：筐体
２０ ：光源装置
２１ ：レーザ光源
２１Ａ ：レーザーダイオード
２２ ：カップリングレンズ
２３ ：第１の光学系
２３ａ ：大口径レンズ
２３ｂ ：負レンズ
２４ ：ダイクロイックミラー
２４Ａ ：領域（第１の領域）
２４Ｂ ：領域（第１の領域）
２５ ：第２の光学系
２５Ａ、２５Ｂ：正レンズ
２６ ：蛍光体ユニット
２７ ：屈折光学系
２８ ：カラーホイール
２９ ：ライトトンネル
２９Ａ ：入射開口部
３０ ：照明光学系
４０ ：画像形成素子
５０ ：投射光学系
６０ ：冷却装置
１００ ：光源装置
１０１ ：光源
１０１ａ ：発光面
１０２ ：ダイクロイックミラー
１０２ａ ：反射面
１０３ ：蛍光体ユニット
１０３ａ ：出射面
１０３ｂ ：入射面
１０４ ：ロッドインテグレータ
１０４ａ ：入射開口部
１０４ｂ ：出射開口部
１０５ ：集光レンズ
１０５ａ ：入射面
１０５ｂ ：出射面
１０６ ：屈折レンズ
２０１、２０２、２０３：光源装置
２１１ ：レーザ光源
２２１ ：カップリングレンズ
２２２ ：１／２波長板
２２３ ：偏光分離素子
２４１ ：ダイクロイックミラー
２４１Ａ ：領域
２６１ ：蛍光体ユニット（静止蛍光体ユニット）
２６１ａ ：反射部材
２６１ｂ ：蛍光体

Claims (28)

1. 光源装置であって、
   第１の色光を出射する励起光源と、
   前記励起光源から出射された前記第１の色光を反射する反射面を有する光学部材と、
   前記光学部材で反射された前記第１の色光が入射し、前記第１の色光の少なくとも一部
   を前記第１の色光とは異なる波長の第２の色光に変換して出射する波長変換部材を有する
   波長変換ユニットと、
   前記光学部材と前記波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、前記光学部材で反射された前記第１の色光を集光し、前記波長変換ユニットから出射される第一の色光および前記第２の色光を集光する集光素子を備え、
   前記光学部材の前記反射面上における前記第１の色光の中心を点Ｐとし、
   前記波長変換ユニット上に集光、投影される前記第１の色光の投影像中心を点Ｒとし、
   前記波長変換ユニットから出射される第一の色光の前記集光素子によって集光される光束をＱとし、
   前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をＬＯ、
   前記点Ｐから前記集光素子に至る直線（光路）をＬ１、
   前記集光素子から前記点Ｒに至る光路をＬ１２、
   前記点Ｒから出射し前記集光素子に至る光路をＱ１としたとき、
   前記点Ｐと前記光束Ｑが交わらないことと、前記光路Ｌ０と光路Ｌ１とを含む平面ＰＬ１と、光路Ｌ１２と光路Ｑ１とを含む平面ＰＬ２とは平行とならないことを特徴とした光源装置。
2. 前記波長変換ユニット上の前記点Ｒを含む垂線と、前記光路Ｌ０を含む直線は交わらないことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記平面ＰＬ１と平面ＰＬ２のなす角度を略９０度としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光源装置。
4. 前記波長変換ユニットは、前記光学部材で反射された前記第１の色光を反射若しくは拡散反射する第１の領域と、前記波長変換部材が設けられ前記光学部材で反射された前記第１の色光を変換して前記第２の色光を出射する領域とを有し、
   前記第１の色光が入射すると、前記第１の色光と前記第２の色光とを前記第１の色光の入射面側に順次切り替えて出射することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか1項に記載の光源装置。
5. 前記波長変換ユニットには、前記光学部材で反射された前記第１の色光が入射する領域に前記波長変換部材が設けられ、該波長変換部材は入射した前記第１の色光の一部を前記第２の色光に変換すると共に前記光学部材で反射された前記第１の色光の一部を反射し、
   前記第１の色光が入射すると、前記第１の色光と前記第２の色光とを併せて前記第１の色光の入射面側に出射することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか1項に記載の光源装置。
6. 前記波長変換ユニットから出射された前記第１の色光及び／又は前記第２の色光をミキシングする光ミキシング素子と、
   前記波長変換ユニットから出射された前記第１の色光及び／又は前記第２の色光を前記光ミキシング素子に導く導光手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか1項に記載の光源装置。
7. 前記波長変換ユニット上に投影される前記第１の色光の投影像中心を点Ｒとした場合に、前記波長変換ユニットの出射面における前記点Ｒの垂線上に、前記光ミキシング素子が配置されることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記反射面で反射した後、前記集光素子に入射する前記第１の色光が投影する前記集光素子の入射面上の投影像中心と前記点Ｐとを結ぶ直線を直線１とし、
   前記集光素子で集光され、前記波長変換ユニットに入射する前記第１の色光の入射面と直線１との交点を点Ｓとした場合に、
   前記点Ｒと前記点Ｓの位置が異なることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか1項に記載の光源装置。
9. 前記直線１と前記波長変換ユニットに入射する前記第１の色光の入射面が垂直に交わることを特徴とすることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記光ミキシング素子は、ロッドインテグレータであり、
    前記波長変換ユニットから出射した前記第１の色光及び／又は前記第２の色光を前記ロ
    ットインテグレータの入射開口部に導く屈折光学素子を備えることを特徴とする請求項６
    に記載の光源装置。
11. 前記ロッドインテグレータの入射開口部上に投影される前記第１の色光の投影像中心と
    、前記ロッドインテグレータの入射開口部上に投影される前記第２の色光の投影像中心と
    、前記屈折光学素子の光軸とが一点で交わることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
12. 前記点Ｒと、前記第１の色光が投影する前記ロッドインテグレータの入射開口部上の投影像中心とを結ぶ直線を直線２とした場合に、前記直線１（光路Ｌ１）と前記直線２とを含む面と、前記ロッドインテグレータの入射開口部の短辺とが平行な関係とならないように配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
13. 前記点Ｒと、前記第１の色光が投影する前記ロッドインテグレータの入射開口部上の投
    影像中心とを結ぶ直線を直線２とした場合に、前記直線１と前記直線２とを含む面と、前
    記励起光源の発光面の短辺とが略平行に配置されることを特徴とする請求項１０から請求項１２の何れか1項に記載の光源装置。
14. 前記ロッドインテグレータの入射開口部に対して最も大きな角度で入射する前記第１の
    色光の光線の入射角をθ_１とし、前記ロッドインテグレータの入射開口部に対して最も大きな角度で入射する前記第２の色光の光線の入射角をθ_２とした場合に、前記θ_１が前記θ_２よりも小さいことを特徴とする請求項１０から請求項１３の何れか1項に記載の光源装置。
15. 前記ロッドインテグレータの入射開口部に対して最も大きな角度で入射する前記第１の
    色光の光線の入射角をθ_１とし、前記ロッドインテグレータの入射開口部に対して最も大
    きな角度で入射する前記第２の色光の光線の入射角をθ_２とした場合に、前記θ_１と前記
    θ_２とが同一であることを特徴とする請求項１０から請求項１４の何れか1項に記載の光源装置。
16. 前記ロッドインテグレータは、入射開口部が出射開口部より小さく構成されることを特
    徴とすることを特徴とする請求項１０から請求項１５の何れか1項に記載の光源装置。
17. 前記ロッドインテグレータは、ガラスロッドインテグレータで構成され、
    前記ガラスロッドインテグレータの全反射条件をθ_{ｇｌａｓｓ}とした場合に、
    前記θ_{ｇｌａｓｓ}は、前記θ１と前記θ２より大きく設定されることを特徴とする請求項１０から請求項１６の何れか1項に記載の光源装置。
18. 前記励起光源は、複数のレーザーダイオードがアレイ状に配置されており、
    前記レーザーダイオードから出射される前記第１の色光が投影する前記ロッドインテグ
    レータの入射開口部上の投影範囲が楕円形状であり、
    前記楕円形状の長軸が前記ロッドインテグレータの入射開口部の長辺又は短辺と略平行
    に配置されることを特徴とする請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の光源装置。
19. 前記光源ユニットに備えられた複数のレーザーダイオードが同一の基板に配置されるこ
    とを特徴とする請求項１８に記載の光源装置。
20. 前記励起光源は、行及び列をなして配置される複数のレーザーダイオードと、前記レー
    ザーダイオードの出射面側にカップリングレンズが設けられた光源ユニットで構成され、
    前記レーザーダイオードから出射する前記第１の色光の発散角において行方向又は列方
    向のうち大きい方向の発散角をθとし、
    隣り合う前記レーザーダイオードのピッチをｐとし、
    前記レーザーダイオードの発光点から前記カップリングレンズまでの距離をＬとした場
    合に、前記レーザーダイオードの配置間隔が以下の式を満たすことを特徴とする請求項１
    から請求項１９のいずれかに記載の光源装置。
    １ ≦ ｐ／Ｌｔａｎθ ≦ ４
21. 前記光学部材は、前記第１の色光及び前記第２の色光を透過する光学特性を有し、前記
    光束Ｑが前記光学部材と交わることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれかに記
    載の光源装置。
22. 前記光学部材は、前記第１の色光及び前記第２の色光を透過する光学特性を有し、前記
    光束Ｑが前記光学部材と交わらないことを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか
    に記載の光源装置。
23. 前記反射面は、前記第１の色光を反射する一方、前記第２の色光を透過する光学特性を
    有することを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の光源装置。
24. 前記波長変換ユニットは、円形の基板が前記第１の領域と前記第２の色光を出射する領
    域とに円周方向に分割されている円盤部材と、前記円盤部材の中心を通り前記円盤部材の
    平面に垂直な直線を回転軸として回転駆動する駆動部と、を有することを特徴とする請求項４、請求項６ないし請求項２３のいずれか１項に記載の光源装置。
25. 前記波長変換ユニットの回転中心軸を定めたとき、この回転中心軸と光線Ｌ０が交わらない位置関係となるように光源ユニットと蛍光体ユニットが配置されていることを特徴とする請求項２４記載の光源装置。
26. 前記励起光源と、前記光学部材の間の光路上に、前記第１の色光の進行方向に従って正
    のパワーをもつ大口径素子と、負のパワーを持つ平行化素子とが配置され、
    前記励起光源から出射された前記第１の色光は、前記大口径素子で集光された後、前記平行化素子で略平行光とされ、前記光学部材に入射することを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の光源装置。
27. 請求項１から請求項２６のいずれかに記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射された光を画像表示素子へ導く照明光学系と、
    前記照明光学系により導かれた光を用いて前記画像表示素子により生成された画像を投
    影する投射光学系と、を備えることを特徴とする画像投射装置。
28. 光源装置であって、
    第１の色光を出射する励起光源と、
    前記励起光源から出射された前記第１の色光を反射する反射面を有する光学部材と、
    前記光学部材で反射された前記第１の色光が入射し、前記第１の色光の少なくとも一部
    を前記第１の色光とは異なる波長の第２の色光に変換して出射する波長変換部材を有する
    波長変換ユニットと、
    前記光学部材と前記波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、前記光学部材で反射された前記第１の色光を集光し、前記波長変換ユニットから出射される第一の色光および前記第２の色光を集光する集光素子を備え、
    前記光学部材の前記反射面上における前記第１の色光の中心を点Ｐとし、
    前記波長変換ユニット上に集光、投影される前記第１の色光の投影像中心を点Ｒとし、
    前記波長変換ユニットから出射される第一の色光の前記集光素子によって集光される光束をＱとし、
    前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をＬＯ、
    前記点Ｐから前記集光素子に至る直線（光路）をＬ１
    前記集光素子から前記点Ｒに至る光路をＬ１２
    前記点Ｒから出射し前記集光素子に至る光路をＱ１としたとき、
    前記点Ｐと前記光束Ｑが交わらないことと、
    前記光路Ｌ０と光路Ｌ１とを含む平面ＰＬ１と、光路Ｌ１２と光路Ｑ１とを含む平面ＰＬ２は、平行でないことを特徴とした光源光学系。
    
    

Images