JP2021149022A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】小型可能な発光装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の発光装置は、第１光源と、第１角度変換部と、第１角度変換部から射出された第１光が入射する第２角度変換部と、第１角度変換部の光入射側または光出射側に設けられ、第１光を拡散させる拡散部と、を備え、第１角度変換部は、第１光を入射させる第１光入射部と、第１光を第１角度変換部から射出させる第１光射出部と、第１光入射部から入射した第１光を第１光射出部に向けて反射する第１反射部と、を有し、第２角度変換部は、第１角度変換部から射出された第１光を入射させる第２光入射部と、第１光を第２角度変換部から射出させる第２光射出部と、第２光入射部から入射した第１光を第２光射出部に向けて反射する第２反射部と、を有し、第１光入射部の面積は、第１光射出部の面積よりも大きく、第２光入射部の面積は、第２光射出部の面積よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、発光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として、青色のレーザー光を拡散板で拡散させることで青色の画像光を生成する光源装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１５−２０３８５７号公報

しかしながら、上記光源装置では、レーザー光を拡散板に入射させる集光光学系を複数のレンズを組み合わせて構成するため、光学系が大型化するという問題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、第１光を射出する第１光源と、前記第１光源から射出された前記第１光が入射する第１角度変換部と、前記第１角度変換部から射出された前記第１光が入射する第２角度変換部と、前記第１角度変換部の光入射側または光出射側に設けられ、前記第１光を拡散させる拡散部と、を備え、前記第１角度変換部は、前記第１光を入射させる第１光入射部と、前記第１光を前記第１角度変換部から射出させる第１光射出部と、前記第１光入射部から入射した前記第１光を前記第１光射出部に向けて反射する第１反射部と、を有し、前記第２角度変換部は、前記第１角度変換部から射出された前記第１光を入射させる第２光入射部と、前記第１光を前記第２角度変換部から射出させる第２光射出部と、前記第２光入射部から入射した前記第１光を前記第２光射出部に向けて反射する第２反射部と、を有し、前記第１光入射部の面積は、前記第１光射出部の面積よりも大きく、前記第２光入射部の面積は、前記第２光射出部の面積よりも小さいことを特徴とする発光装置が提供される。

本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様の発光装置を含む第１光源装置を有する照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投写光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクターが提供される。

第１実施形態のプロジェクターの構成を示す図である。 照明装置の概略構成を示す図である。 第１光源装置の構成を示す図である。 第２光源装置の概略構成図である。 第２実施形態に係るプロジェクターの構成を示す図である。 第１変形例に係る第１発光装置の構成を示す図である。 第２変形例に係る第１発光装置の構成を示す図である。 第３変形例に係る第１発光装置の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターの一例である。
なお、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。

（第１実施形態）
図１は本実施形態のプロジェクターの構成を示す図である。
図１に示す本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投写面）ＳＣＲ上にカラー画像を表示する投写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２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、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。

図２は照明装置２の概略構成を示す図である。図２および以下に示す図において必要に応じてＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。Ｚ軸は照明装置２の上下に沿う軸であり、Ｘ軸とは第１光源装置１１の光軸ＡＸ１と平行な軸であり、Ｙ軸は第２光源装置１２の光軸ＡＸ２と平行な軸であり、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸である。

図２に示すように、照明装置２は、第１光源装置１１と、第２光源装置１２と、ダイクロイックミラー１３と、照明均一光学系１４と、を有する。本実施形態の照明装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。

図１に戻り、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の反射ミラー８ａ、第２の反射ミラー８ｂ及び第３の反射ミラー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。

第１の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、その他の光である緑色光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、その他の光である緑色光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の反射ミラー８ｂ及び第３の反射ミラー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と第２の反射ミラー８ｂとの間に配置されている。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の反射ミラー８ｂと第３の反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

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、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。また、液晶パネルの入射側および射出側には、偏光板（図示略）がそれぞれ配置され、特定の方向の直線偏光のみを通過させる構成となっている。

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、およびフィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの主光線を平行化する。

合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、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る。

投写光学装置６は、複数の投写レンズから構成されている。投写光学装置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に向けて拡大投写する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。

続いて、第１光源装置１１の構成について説明する。
図３に示すように、第１光源装置１１は、第１発光装置（発光装置）２１と、第１ピックアップ光学系２２と、を含む。第１発光装置２１は、第１光源８１と、第１角度変換部８２と、第２角度変換部８３と、拡散部８４と、を有する。

第１光源８１はレーザー光からなる青色光（第１光）ＬＢを射出する。第１光源８１は少なくとも一つの半導体レーザーを含む。第１光源８１から射出された青色光ＬＢは第１角度変換部８２に入射する。拡散部８４は、第１角度変換部８２の光出射側に設けられ、青色光ＬＢを拡散させる。第１角度変換部８２から射出されて、拡散部８４を透過した青色光ＬＢは第２角度変換部８３に入射する。

本実施形態の拡散部８４は第１角度変換部８２と第２角度変換部８３との間に設けられる。本実施形態において、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３は拡散部８４を介して接続されている。拡散部８４は、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３に光学接着剤（図示略）を介して固定されている。拡散部８４、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３の屈折率は、それぞれできるだけ一致させることが望ましい。

本実施形態の第１発光装置２１は、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３間に拡散部８４を挟む構成を採用するので、拡散部８４の保持が容易となる。そのため、拡散部８４を保持するための保持部材が不要となるため、装置構成を簡略化できる。

第１角度変換部８２は、第１光源８１から射出された青色光ＬＢが入射する第１光入射部８２ａと、青色光ＬＢを第１角度変換部８２から射出させる第１光射出部８２ｂと、第１光入射部８２ａから入射した青色光ＬＢを第１光射出部８２ｂに向けて反射する第１反射部８２ｃと、を有する。

本実施形態において、第１角度変換部８２は、複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator, ＣＰＣ）で構成されている。第１角度変換部８２は、光軸Ｊ１に垂直な断面積が光の進行方向に沿って狭まっており、第１光射出部８２ｂの断面積は第１光入射部８２ａの断面積よりも小さい。第１光入射部８２ａの面積とは、第１光入射部８２ａの光軸Ｊ１に垂直な断面積、すなわち第１光入射部８２ａにおける端面８２ａ１の面積である。また、第１光射出部８２ｂの面積とは、第１光射出部８２ｂの光軸Ｊ１に垂直な断面積、すなわち第１光射出部８２ｂにおける端面８２ｂ１の面積である。つまり、第１光射出部８２ｂにおける端面８２ｂ１の面積は、第１光入射部８２ａにおける端面８２ａ１の面積よりも小さい。第１反射部８２ｃの光軸Ｊ１を含む面による断面は放物面からなる。なお、第１角度変換部８２の光軸Ｊ１は第１光源装置１１の光軸ＡＸ１に一致している。本実施形態において、第１角度変換部８２は、例えば、ガラス等の空気よりも屈折率の高い材料で構成されていてもよく、側面に反射ミラーが設けられていてもよい。側面に反射ミラーが設けられている場合、内部が空洞である筒状の構造であってもよい。

第２角度変換部８３は、拡散部８４を挟んで第１角度変換部８２の反対側に設けられている。第２角度変換部８３は、第１角度変換部８２から射出された青色光ＬＢを入射させる第２光入射部８３ａと、青色光ＬＢを第２角度変換部８３から射出させる第２光射出部８３ｂと、第２光入射部８３ａから入射した青色光ＬＢを第２光射出部８３ｂに向けて反射する第２反射部８３ｃと、を有する。

本実施形態において、第２角度変換部８３は、第１角度変換部８２と同様、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）で構成されている。第２角度変換部８３は、光軸Ｊ２に垂直な断面積が光の進行方向に沿って拡がっており、第２光射出部８３ｂの断面積は第２光入射部８３ａの断面積よりも大きい。第２光入射部８３ａの面積とは、第２光入射部８３ａの光軸Ｊ２に垂直な断面積、すなわち第２光入射部８３ａにおける端面８３ａ１の面積である。また、第２光射出部８３ｂの面積とは、第２光射出部８３ｂの光軸Ｊ２に垂直な断面積、すなわち第２光射出部８３ｂにおける端面８３ｂ１の面積である。つまり第２光射出部８３ｂにおける端面８３ｂ１の面積は、第２光入射部８３ａにおける端面８３ａ１の面積よりも大きい。第２反射部８３ｃの光軸Ｊ２を含む面による断面は放物面からなる。なお、第２角度変換部８３の光軸Ｊ２は第１光源装置１１の光軸ＡＸ１に一致している。本実施形態において、第２角度変換部８３は、例えば、ガラス等の空気よりも屈折率の高い材料で構成されていてもよく、側面に反射ミラーが設けられていてもよい。側面に反射ミラーが設けられている場合、内部が空洞である筒状の構造であってもよい。

第１光源８１から射出された青色光ＬＢは第１角度変換部８２の第１光入射部８２ａに入射する。上記構成の第１角度変換部８２に入射した青色光ＬＢは、第１角度変換部８２の内部を進行する間に、放物面状の第１反射部８２ｃで全反射する毎に光軸Ｊ１に対して大きな角度を持つ方向に向きを変えていく。

一般的に光射出領域の面積と光の立体角（最大射出角）との積で規定される光のエテンデューは保存されるため、第１角度変換部８２の透過前後においても青色光ＬＢのエテンデューは保存される。第１角度変換部８２は、上述のように第１光射出部８２ｂの端面８２ｂ１の面積を第１光入射部８２ａの端面８２ａ１の面積よりも小さくした構成を有する。そのため、エテンデュー保存の観点から鑑みた場合においても、本実施形態の第１角度変換部８２は、第１光射出部８２ｂにおける青色光ＬＢの最大射出角を第１光入射部８２ａにおける青色光ＬＢの最大入射角よりも大きくできるといえる。

このように第１角度変換部８２は、第１光射出部８２ｂにおける青色光ＬＢの最大射出角度を、第１光入射部８２ａにおける青色光ＬＢの最大入射角度よりも大きくする。すなわち、本実施形態の第１光源装置１１によれば、第１光源８１から射出されて拡散部８４に入射する青色光ＬＢの入射角度を大きくすることができる。

拡散部８４は、青色光ＬＢを所定の拡散度で拡散させる。拡散部８４としては、例えば、少なくとも一方の表面に凹凸構造を設けた透光性基板や、屈折率の異なるフィラーを基板内に分散させた透光性基板を用いることができる。拡散部８４としては、後方散乱が少ない構成を採用することが望ましい。後方散乱を少なくする構成としては、例えば、表面に形成する凹凸構造における傾斜面を小さくすることや、フィラーの密度やサイズを前方散乱が大きくなるように調整することが考えられる。本実施形態の第１光源装置１１によれば、拡散部８４を用いることで、干渉性の高いレーザー光からなる青色光ＬＢを用いた場合の輝度のばらつきやスペックルノイズの影響を緩和し、表示品質の高い映像表示が可能となる。

ここで、拡散部８４に対する青色光ＬＢの入射角度を大きくすると、拡散部８４から射出される青色光ＬＢの最大射出角度が大きくなる。本実施形態の第１光源装置１１では、第１角度変換部８２を透過させることで拡散部８４への青色光ＬＢの入射角度を大きくできる。これにより、拡散部８４から射出される青色光ＬＢの最大射出角度を大きくできる。したがって、拡散部８４から射出される青色光ＬＢの配光分布が、後述する第２光源装置１２の波長変換部５０からランバート発光される蛍光Ｙの配光分布に近づく。

また、青色光ＬＢは第１光源８１から大きい放射角で射出される。第１角度変換部８２は所定角度範囲内で入射する光を射出部に効率良く導く特性を有する。以下、第１角度変換部８２において飲み込み可能な光の角度範囲を受光角と称す場合もある。

本実施形態において、第１角度変換部８２の受光角は、第１光源８１における青色光ＬＢの最大射出角度より大きく設定されるため、第１光源８１から射出された青色光ＬＢは概ね第１角度変換部８２に飲み込まれる。

第１角度変換部８２に対して受光角以内の角度で入射した青色光ＬＢは、直接、あるいは反射部で反射されて、拡散部８４に到達する。すなわち、本実施形態の第１光源装置１１によれば、第１光源８１および第１角度変換部８２を位置決めする際、青色光ＬＢを飲み込み可能な範囲に配置すればよいため、第１光源８１と第１角度変換部８２とを厳密に位置合わせする必要がなく、第１光源８１の位置が多少ずれても問題ない。
したがって、本実施形態の第１光源装置１１によれば、第１光源８１と第１角度変換部８２とのアライメントが容易となるので、組み立てコスト低減を図ることができる。

拡散部８４で拡散された青色光ＬＢは第２角度変換部８３の第２光入射部８３ａに入射する。本実施形態において、第２角度変換部８３における第２光入射部８３ａの面積は、第１角度変換部８２における第１光射出部８２ｂの面積と同等以上としている。これにより、拡散部８４から射出された青色光ＬＢは第２光入射部８３ａを介して第２角度変換部８３内に良好に入射する。

ここで、第２光入射部８３ａの面積と第１光射出部８２ｂの面積とを異ならせた場合、第１角度変換部８２側における青色光ＬＢの受光条件と、第２角度変換部８３側における青色光ＬＢの射出条件とを独立に調整可能となるので、光学系における設計自由度が高くなる。これにより、第１光源８１として発光面積の大きいもの、あるいは、放射角の大きいものにも対応可能となるため、より明るい青色光ＬＢを射出可能な光源装置を提供できる。

本実施形態の第２角度変換部８３についても、エテンデュー保存の観点から鑑みた場合、第２光射出部８３ｂにおける青色光ＬＢの最大射出角を第２光入射部８３ａにおける青色光ＬＢの最大入射角よりも小さくすることが可能である。

上記構成の第２角度変換部８３に入射した青色光ＬＢは、第２角度変換部８３の内部を進行する間に、放物面状の第２反射部８３ｃで反射する毎に光軸Ｊ２に平行な方向に向きを変えていく。

ここで、本実施形態の第２角度変換部８３では、第２光射出部８３ｂの面積を第１光射出部８２ｂの面積よりも大きくしている。
この構成によれば、第２角度変換部８３における光の角度変換量は、第１角度変換部８２における光の角度変換量よりも大きくすることができる。ここで、角度変換量が大きいとは、角度変換部の通過前後において変化する光の角度変化が大きいことを意味し、角度変換量が小さいとは、角度変換部の通過前後において変化する光の角度変化が小さいことを意味する。

第２角度変換部８３に入射した青色光ＬＢは拡散部８４で拡散されているため、第２光入射部８３ａに対して大きい入射角度で入射する。本実施形態の第２角度変換部８３によれば、上述のように第１角度変換部８２よりも角度変換度量を大きくしているため、第２角度変換部８３に対して大きな入射角度で入射した青色光ＬＢを平行光に近づけて第２光射出部８３ｂから射出することができる。

したがって、本実施形態の第１発光装置２１によれば、第２角度変換部８３によって、拡散部８４を経由した青色光ＬＢを所定の射出角度以内の角度分布をもつ光として射出することができる。

第１発光装置２１から射出された青色光ＬＢは第１ピックアップ光学系２２に入射する。第１ピックアップ光学系２２は例えば、１枚の凸レンズで構成され、青色光ＬＢを平行化する。このようにして、第１発光装置２１は、略平行光からなる青色光ＬＢを生成して射出することができる。

続いて、第２光源装置１２の構成について説明する。
図４は第２光源装置１２の概略構成図である。
図４に示すように、第２光源装置１２は、第２発光装置３１と、第２ピックアップ光学系３２と、を含む。第２発光装置３１は、波長変換部５０と、第２光源５１と、第３角度変換部５２と、ミラー５３と、を含む。

波長変換部５０は、Ｘ軸方向に延びる四角柱状の形状を有し、互いに対向する第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂと、第１端面５０ａおよび第２端面５０ｂに交差する４つの側面５０ｃと、を有する。波長変換部５０は、蛍光体を少なくとも含み、励起波長帯の励起光Ｅを、励起波長である第１波長帯とは異なる第２波長帯の蛍光（第２光）Ｙに変換する。波長変換部５０において、励起光Ｅは側面５０ｃから入射し、蛍光Ｙは第１端面５０ａから射出される。

なお、波長変換部５０は、必ずしも四角柱状の形状を有していなくてもよく、三角柱などの他の多角形状であってもよい。もしくは、波長変換部５０は、円柱状であってもよい。

波長変換部５０は、励起光Ｅを蛍光Ｙに波長変換するセラミック蛍光体（多結晶蛍光体）を含んでいる。蛍光Ｙの波長帯は、例えば４９０〜７５０ｎｍの黄色の波長域である。すなわち、蛍光Ｙは、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光である。

波長変換部５０は、多結晶蛍光体に代えて、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。もしくは、波長変換部５０は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、波長変換部５０は、ガラスや樹脂からなるバインダー中に多数の蛍光体粒子が分散された材料から構成されていてもよい。このような材料からなる波長変換部５０は、励起光Ｅを第１波長帯の蛍光Ｙに変換する。

具体的には、波長変換部５０の材料は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、波長変換部５０の材料として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ−Ａｌ−Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等を用いることができる。

第２光源５１は、青色の励起光Ｅを射出するＬＥＤを有する。第２光源５１は、波長変換部５０の側面５０ｃに対向して設けられ、側面５０ｃに向けて励起光Ｅを射出する。第１波長帯である励起波長帯は、例えば４００ｎｍ〜４８０ｎｍの紫から青色の波長域であり、ピーク波長は例えば４４５ｎｍである。第２光源５１は、波長変換部５０の４つの側面５０ｃのうち、一部の側面５０ｃに対向して設けられていてもよいし、全ての側面５０ｃに対向して設けられていてもよい。

第２光源５１は、青色の励起光Ｅを射出するＬＥＤを有しているが、ＬＥＤの他、導光板、拡散板、レンズ等の他の光学部材を備えていてもよい。ＬＥＤの個数は、特に限定されない。

ミラー５３は、波長変換部５０の第２端面５０ｂに設けられている。ミラー５３は、波長変換部５０の内部を導光し、第２端面５０ｂに到達した蛍光Ｙを反射させる。ミラー５３は、波長変換部５０の第２端面５０ｂに形成された金属膜や誘電体多層膜から構成されている。

上記構成の第２光源装置１２において、第２光源５１から射出された励起光Ｅが波長変換部５０に入射すると、波長変換部５０に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点から蛍光Ｙが発せられる。蛍光Ｙは任意の発光点から全ての方向に向かって進むが、側面５０ｃに向かった蛍光Ｙは、側面５０ｃで全反射し、全反射を繰り返しつつ第１端面５０ａもしくは第２端面５０ｂに向かって進む。第１端面５０ａに向かった蛍光Ｙは第３角度変換部５２に入射する。一方、第２端面５０ｂに向かった蛍光Ｙは、ミラー５３で反射され、第１端面５０ａに向かって進む。

波長変換部５０に入射した励起光Ｅのうち、蛍光体の励起に使われなかった励起光Ｅの一部は、第２光源５１を含む、波長変換部５０の周囲の物体や、第２端面５０ｂに設けられたミラー５３で反射されるため、波長変換部５０の内部に閉じ込められて再利用される。

第３角度変換部５２は、第２角度変換部８３と同一構成を有している。ここで、第３角度変換部５２および第２角度変換部８３が同一構成を有するとは、互いの形状および大きさが同一であることを意味する。本実施形態において、第３角度変換部５２は、第２角度変換部８３と同様、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）で構成されている。

第３角度変換部５２は、波長変換部５０から射出された蛍光Ｙを入射させる第３光入射部５２ａと、蛍光Ｙを第３角度変換部５２から射出させる第３光射出部５２ｂと、第３光入射部５２ａから入射した蛍光Ｙを第３光射出部５２ｂに向けて反射する第３反射部５３ｃと、を有する。

第３角度変換部５２は、光軸Ｊ３に垂直な断面積が光の進行方向に沿って拡がっており、第３光射出部５２ｂの断面積は第３光入射部５２ａの断面積よりも大きい。具体的に、第３光射出部５２ｂにおける端面５３ｂ１の面積は、第３光入射部５２ａにおける端面５３ａ１の面積よりも大きい。第３反射部５３ｃの光軸Ｊ３を含む面による断面は放物面からなる。なお、第３角度変換部５２の光軸Ｊ３は第２光源装置１２の光軸ＡＸ２に一致している。

波長変換部５０から射出された蛍光Ｙは第３角度変換部５２の第３光入射部５２ａに入射する。上記構成の第３角度変換部５２に入射した蛍光Ｙは、第３角度変換部５２の内部を進行する間に、放物面状の第３反射部５３ｃで全反射する毎に光軸Ｊ３に平行な方向に向きを変えていく。このようにして、第３角度変換部５２は、第３光射出部５２ｂにおける蛍光Ｙの最大射出角度を第３光入射部５２ａにおける蛍光Ｙの最大入射角度よりも小さくする。

したがって、本実施形態の第２発光装置３１によれば、第３角度変換部５２によって、蛍光Ｙを所定の射出角度以内の角度分布をもつ光として射出することができる。本実施形態の第２発光装置３１は、第１光源装置１１の第２角度変換部８３と同一構成を有する第３角度変換部５２を備えるため、第１発光装置２１から射出される青色光ＬＢの配光分布と波長変換部５０からランバート発光される蛍光Ｙの配光分布とを近づけることができる。

第２発光装置３１から射出された青色光ＬＢは第２ピックアップ光学系３２に入射する。第２ピックアップ光学系３２は例えば、１枚の凸レンズで構成され、青色光ＬＢを平行化する。このようにして、第２発光装置３１は、青色光ＬＢと同様の配光分布を有する平行光からなる蛍光Ｙを生成して射出することができる。

本実施形態のプロジェクター１において、図２に示したように、第１光源装置１１から射出された青色光ＬＢおよび第２光源装置１２から射出された蛍光Ｙはダイクロイックミラー１３に入射する。ダイクロイックミラー１３は、第１光源装置１１からの青色光ＬＢを反射し、第２光源装置１２からの蛍光Ｙを透過させることで白色の照明光ＷＬを合成する。本実施形態によれば、配光分布の近い青色光ＬＢおよび蛍光Ｙを合成して照明光ＷＬを生成するので、このようにして生成された照明光ＷＬは色ムラの発生を低減した白色光となる。

ダイクロイックミラー１３で合成された白色の照明光ＷＬは照明均一光学系１４に入射する。照明均一光学系１４は、インテグレーター光学系４１と、偏光変換素子４２と、重畳レンズ４３と、を含む。

インテグレーター光学系４１は、例えば、レンズアレイ４１ａ，レンズアレイ４１ｂから構成されている。レンズアレイ４１ａ，４１ｂ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４１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子４２に入射する。偏光変換素子４２はインテグレーター光学系４１から射出される光の偏光方向を変換する。具体的に偏光変換素子４２は、レンズアレイ４１ａで分割され、レンズアレイ４１ｂから射出された各部分光束を直線偏光に変換する。偏光変換素子４２は、照明装置２から射出される照明光ＷＬに含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を光軸に垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を光軸に平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。

偏光変換素子４２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ４３に入射する。重畳レンズ４３はインテグレーター光学系４１と協働して、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。

本実施形態の第１発光装置２１によれば以下の効果を奏する。
本実施形態の第１発光装置２１は、青色光ＬＢを射出する第１光源８１と、第１光源８１から射出された青色光ＬＢが入射する第１角度変換部８２と、第１角度変換部８２から射出された青色光ＬＢが入射する第２角度変換部８３と、第１角度変換部８２の光入射側または光出射側に設けられ、青色光ＬＢを拡散させる拡散部８４と、を備え、第１角度変換部８２は、青色光ＬＢを入射させる第１光入射部８２ａと、青色光ＬＢを第１角度変換部８２から射出させる第１光射出部８２ｂと、第１光入射部８２ａから入射した青色光ＬＢを第１光射出部８２ｂに向けて反射する第１反射部８２ｃと、を有し、第２角度変換部８３は、第１角度変換部８２から射出された青色光ＬＢを入射させる第２光入射部８３ａと、青色光ＬＢを第２角度変換部８３から射出させる第２光射出部８３ｂと、第２光入射部８３ａから入射した青色光ＬＢを第２光射出部８３ｂに向けて反射する第２反射部８３ｃと、を有し、前記第１光入射部８２ａの面積は、前記第１光射出部８２ｂの面積よりも大きく、前記第２光入射部８３ａの面積は、前記第２光射出部８３ｂの面積よりも小さい。

本実施形態の第１発光装置２１によれば、組み立て時に、第１光源８１から射出される青色光ＬＢを飲み込み可能な範囲に第１角度変換部８２を配置すればよいので、第１光源８１と第１角度変換部８２とのアライメントが容易となる。よって、組み立てコスト低減を図ることができる。

ここで、拡散部８４で大きな角度で散乱された青色光ＬＢをレンズによってピックアップして平行化する場合、複数枚のレンズが必要となるため、光学系が大型化し装置構成の大型化を招いてしまう。これに対して、本実施形態の第１発光装置２１は、拡散部８４によって大きな角度で散乱された青色光ＬＢを第２角度変換部８３で飲み込んで平行化するので、レンズを用いる場合に比べて装置構成を小型化できる。

また、上述のようにレンズを用いる場合、ＮＡが大きいレンズが必要となる。このようにＮＡが大きいレンズは収差が大きくなるため、後段の光学系、例えば、レンズアレイ４１ｂ上における光源像のボケが大きくなってしまい、隣のレンズセルに光が入射することで光損失が生じる。これに対し、本実施形態の第１発光装置２１は、レンズに代えて第２角度変換部８３で青色光ＬＢを取り込むため、ＮＡの大きいレンズを使うことができるため、収差の影響による光損失の発生を低減できる。

また、本実施形態の第１発光装置２１において、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３が拡散部８４を介して接続されている。

この構成によれば、拡散部８４を保持するための保持部材が不要となるため、装置構成を簡略化できる。

また、本実施形態の第１発光装置２１において、第２光射出部８３ｂの面積は、第１光射出部８２ｂの面積よりも大きい。

この構成によれば、第２角度変換部８３の角度変換度合いを、第１角度変換部８２における角度変換度合いよりも大きくできる。これにより、拡散部８４で拡散された青色光ＬＢの角度を変換して平行化することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１は、第１発光装置２１を含む第１光源装置１１を有する照明装置２と、照明装置２からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにより変調された光を投射する投写光学装置６と、を備える。

本実施形態のプロジェクター１によれば、上述した第１発光装置２１を含む第１光源装置１１を有するため、小型化が図れるとともに、光利用効率に優れたプロジェクターを提供できる。

また、本実施形態のプロジェクター１において、照明装置２は、青色光ＬＢとは異なる波長帯の蛍光Ｙを射出する第２光源装置１２を有し、第２光源装置１２は、蛍光Ｙを生成する波長変換部５０と、波長変換部５０から射出された蛍光Ｙが入射する第３角度変換部５２と、を含み、第３角度変換部５２および第２角度変換部８３は互いに同一構成を有している。

この構成によれば、第１発光装置２１から射出される青色光ＬＢの配光分布と、波長変換部５０からランバート発光される蛍光Ｙの配光分布とを近づけることができる。これにより、照明装置２から射出された照明光ＷＬは、配光分布の近い青色光ＬＢおよび蛍光Ｙを合成して生成されるので、色ムラの発生を低減した白色光となる。したがって、本実施形態のプロジェクター１は、上記照明光ＷＬを用いることで色ムラを低減した良質な画像を表示できる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、青色光ＬＢと蛍光Ｙとを合成して照明光ＷＬを生成する場合を例に挙げたが、本実施形態のプロジェクターでは青色光ＬＢの光路を独立させている。

図５は本実施形態に係るプロジェクターの構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態のプロジェクター１Ａは、第１光源装置１１と、第２光源装置１２と、照明均一光学系１４と、色分離光学系３Ａと、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、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。本変形例において、第２光源装置１２から射出された蛍光Ｙは、照明均一光学系１４を経由して色分離光学系３Ａに入射する。第１光源装置１１から射出された青色光ＬＢは、蛍光Ｙの光路とは異なる経路で、光変調装置４Ｂに入射する。

色分離光学系３Ａは、ダイクロイックミラー１７と、反射ミラー１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、を備えている。

ダイクロイックミラー１７は、第２光源装置１２からの蛍光Ｙ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１７は、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に緑色光ＬＧを反射する。反射ミラー１８ａは赤色光ＬＲの光路中に配置されて、ダイクロイックミラー１７を透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。反射ミラー１８ｂは緑色光ＬＧの光路中に配置されて、ダイクロイックミラー１７で反射された緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。

本実施形態のプロジェクター１Ａによれば、青色光ＬＢの光路と蛍光Ｙの光路とを同じ方向に揃えることができるので、光学系のレイアウトの自由度が高くなる。なお、本実施形態のように青色光ＬＢの光路を独立させる場合において、第１光源装置１１の拡散部８４としては、拡散時に青色光ＬＢの偏光状態を乱し難い多重散乱の少ない拡散板を用いることが望ましい。

また、本実施形態では、レーザー光からなる青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに直接入射させるため、例えば、青色光ＬＢの偏光方向と光変調装置４Ｂの入射側に設けられる偏光板（図示略）の光学軸とを揃えることで、青色光路における偏光変換素子を省略できる。

（第１変形例）
続いて、上記実施形態の変形例について説明する。上記実施形態では、拡散部８４が第１角度変換部８２の光出射側に設けられる場合を例に挙げたが、拡散部８４は第１角度変換部８２の光入射側に設けられてもよい。

図６は第１変形例に係る第１発光装置２１Ａの構成を示す図である。
図６に示すように、本変形例の第１発光装置２１Ａにおいて、拡散部８４Ａは第１角度変換部８２の光入射側に設けられている。具体的に拡散部８４Ａは第１角度変換部８２の第１光入射部８２ａに形成されている。また、本変形例において、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３は一体に形成されている。なお、拡散部８４Ａは第１角度変換部８２と別体で構成されていてもよく、第１光入射部８２ａに接着されていてもよい。

本変形例において、第１角度変換部８２の第１光入射部８２ａは、拡散部８４Ａを透過することで拡散された青色光ＬＢの放射角度よりも光の受光角が大きくなるように設計されている。これにより、拡散部８４Ａを透過した青色光ＬＢは第１角度変換部８２に効率良く入射する。

本変形例によれば、第１光入射部８２ａに拡散部８４Ａを形成するため、拡散部８４Ａと第２角度変換部８３との界面における光損失の発生を低減できる。また、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３を一体で形成できるため、構造が簡略化されてコスト低減を図ることができる。

また、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３間に拡散部８４Ａを接着するための接着剤が不要となる。接着剤は青色光ＬＢに晒されることで劣化するおそれがある。本変形例によれば上述のように接着剤を用いないため、青色光ＬＢによる劣化による接着剤の剥離や破損などといった不具合の発生を低減することができる。これにより、青色光ＬＢに対する耐光性の観点で信頼性に優れたものとなる。

（第２変形例）
図７は第２変形例に係る第１発光装置２１Ｂの構成を示す図である。本変形例において、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、詳細については説明を省略する。

図７に示すように、本変形例の第１発光装置２１Ｂは、第１光源８１と、第１角度変換部８２Ｂと、第２角度変換部８３Ｂと、拡散部８４Ｂと、を有する。本変形例において、第１角度変換部８２Ｂおよび第２角度変換部８３Ｂは異なる材料で構成されている。すなわち、第１角度変換部８２Ｂおよび第２角度変換部８３Ｂの屈折率は互いに異なっている。

第１角度変換部８２Ｂは第１光入射部６０と第１光射出部６１とを有し、第２角度変換部８３Ｂは第２光入射部６２と第２光射出部６３とを有する。

本変形例において、拡散部８４Ｂは、第１光射出部６１および第２光入射部６２の界面に形成された複数の凸部もしくは凹部を有する凹凸構造８４Ｂ１で構成されている。

本変形例の拡散部８４Ｂによれば、青色光ＬＢが第１光射出部６１と第２光入射部６２との界面に形成された凹凸構造８４Ｂ１を通過する際、界面の屈折率差および凹凸構造８４Ｂ１によって種々な方向に屈折される。これにより、第１光射出部６１および第２光入射部６２の界面に形成された凹凸構造８４Ｂ１は青色光ＬＢを拡散させる拡散部８４Ｂとして機能する。

本変形例の第１発光装置２１Ｂにおいても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３変形例）
図８は第３変形例に係る第１発光装置２１Ｃの構成を示す図である。
図８に示すように、本変形例の第１発光装置２１Ｃは、第１光源８１と、第１角度変換部８２と、第２角度変換部８３と、拡散部８４Ｃと、を有する。本変形例において、拡散部８４Ｃは回転可能である。拡散部８４Ｃは、円板状の拡散板８５と、拡散板８５を所定の回転軸Ｏの周りに回転させる駆動部８６と、を含む。拡散板８５は、例えば凹凸構造を有する基板からなる。凹凸構造としては、マイクロレンズや、ブラスト処理を施すことで形成した凹凸や、回折素子等を例示できる。

本変形例において、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３は第１光射出部８２ｂと第２光入射部８３ａとの間に隙間Ｓを設けて配置される。すなわち、本変形例において、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３は分離されて配置されている。なお、第１角度変換部８２および第２角度変換部８３は不図示の保持部材にそれぞれ保持されている。

拡散部８４Ｃは、上記隙間Ｓに一部を挿入するように配置されている。拡散部８４Ｃは、拡散板８５を回転させることで、上記隙間Ｓに位置する拡散板８５の一部を時間的に変化させることができる。これにより、拡散板８５における青色光ＬＢの通過部分を時間的に変化させることができる。

本変形例の第１発光装置２１Ｃによれば、拡散板８５を透過する青色光ＬＢの拡散状態を時間的に変化させることで、スペックルパターンを時間的に変化させることができる。これにより、時間平均されたスペックルパターンが観察者に認識されるため、拡散板８５が回転しない場合よりもスペックルノイズが目立ちにくい。また、拡散部８４Ｃは、青色光ＬＢとしてレーザー光を用いたことによる干渉ムラを低減できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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、上記実施形態においては、第１角度変換部８２，８２Ｂおよび第２角度変換部８３，８３Ｂが複合放物面型集光器（ＣＰＣ）で構成される場合を例に挙げたが、第１角度変換部８２，８２Ｂおよび第２角度変換部８３，８３Ｂの一方が光の進行方向に沿って断面積が変化するテーパーロッドで構成されていてもよい。

上記実施形態においては、透過型のプロジェクター１，１Ａに本発明の発光装置を適用した場合の例について説明したが、本発明の発光装置は反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。

また、上記実施形態において、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、１つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

また、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、これに限定されない。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。

１，１Ａ…プロジェクター、２…照明装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、１１…第１光源装置、１２…第２光源装置、２１…第１発光装置（発光装置）、３１…第２発光装置、５０…波長変換部、５１…第２光源、５２…第３角度変換部、６０，８２ａ…第１光入射部、６１，８２ｂ…第１光射出部、６２，８３ａ…第２光入射部、６３，８３ｂ…第２光射出部、８１…第１光源、８２，８２Ｂ…第１角度変換部、８２ｃ…第１反射部、８３，８３Ｂ…第２角度変換部、８３ｃ…第２反射部、８４，８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ…拡散部、ＬＢ…青色光（第１光）、Ｙ…蛍光（第２光）。

Claims (11)

1. 第１光を射出する第１光源と、
   前記第１光源から射出された前記第１光が入射する第１角度変換部と、
   前記第１角度変換部から射出された前記第１光が入射する第２角度変換部と、
   前記第１角度変換部の光入射側または光出射側に設けられ、前記第１光を拡散させる拡散部と、を備え、
   前記第１角度変換部は、
   前記第１光を入射させる第１光入射部と、
   前記第１光を前記第１角度変換部から射出させる第１光射出部と、
   前記第１光入射部から入射した前記第１光を前記第１光射出部に向けて反射する第１反射部と、を有し、
   前記第２角度変換部は、
   前記第１角度変換部から射出された前記第１光を入射させる第２光入射部と、
   前記第１光を前記第２角度変換部から射出させる第２光射出部と、
   前記第２光入射部から入射した前記第１光を前記第２光射出部に向けて反射する第２反射部と、を有し、
   前記第１光入射部の面積は、前記第１光射出部の面積よりも大きく、
   前記第２光入射部の面積は、前記第２光射出部の面積よりも小さい
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記拡散部は、前記第１角度変換部の前記光入射側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１角度変換部および前記第２角度変換部は一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記拡散部は前記第１光入射部に形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記拡散部は、前記第１角度変換部の前記光射出側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
6. 前記第１角度変換部および前記第２角度変換部が前記拡散部を介して接続されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第１角度変換部および前記第２角度変換部の屈折率は互いに異なっており、
   前記拡散部は、前記第１光射出部および前記第２光入射部の界面に形成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
8. 前記拡散部は回転可能である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
9. 前記第２光射出部の面積は、前記第１光射出部の面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発光装置を含む第１光源装置を有する照明装置と、
    前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投写光学装置と、を備える
    ことを特徴とするプロジェクター。
11. 前記照明装置は、前記第１光とは異なる波長帯の第２光を射出する第２発光装置を含む第２光源装置を有し、
    前記第２発光装置は、第２光源と、前記第２光源から射出された光を波長変換して前記第２光を生成する波長変換部と、前記波長変換部から射出された前記第２光が入射する第３角度変換部と、を含み、
    前記第３角度変換部および前記第２角度変換部は互いに同一構成を有している
    ことを特徴とする請求項１０に記載のプロジェクター。

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