JP2022138068A - 導光部材、光源装置、および投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率の高い導光部材、光源装置、および投射装置を提供する。
【解決手段】本発明は、異なる方向から入射する複数の収束光を出射方向に偏向し、前記複数の収束光を前記出射方向に垂直な集光面に集光し合成する導光部材であって、第１方向から入射する第１収束光を前記出射方向に偏向し、前記集光面に第１集光部を形成する第１偏向部と、前記第１方向と異なる第２方向から入射する第２収束光を前記出射方向に偏向し、前記集光面に第２集光部を形成する第２偏向部と、前記第１方向と前記第２方向と異なる第３方向から入射する第３収束光を出射方向に偏向し、前記集光面に第３集光部を形成する第３偏向部と、を備え、前記第１偏向部は、前記第１集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第１収束光を偏向し、前記第２偏向部は、前記第２集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第２収束光を偏向し、前記第３偏向部は、前記第３集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第３収束光を偏向する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光部材、光源装置、および投射装置に関する。

今日、様々な映像を拡大投影するプロジェクタ（投射装置の一例）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収束光をＤＭＤ（Digital Mirror Device）または液晶表示素子といった光空間変調素子（画像表示素子）に集光させ、光空間変調素子によって映像信号に基づいて変調された出射光（反射光）をスクリーン上にカラー映像として表示させる装置である。

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、寿命が短くメンテナンスを頻繁に行う必要があり、有害物質である水銀の使用を抑えて環境側面に関しても配慮する必要があるために、レーザ光源またはＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等の固体光源の使用に移行しつつある。レーザ光源またはＬＥＤ光源は、寿命が長く、その単色性により色再現性もよいため、今後、超高圧水銀ランプを搭載したプロジェクタは特殊な用途でのみ使用されることとなり、市場の大部分のプロジェクタは固体光源に切り替わってくる。

ところで、カラー映像をスクリーンに投影するためには、少なくとも３原色の照明光源が必要であるが、そ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、効率や高輝度の面では好ましくはない。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式が主流となっている。さらに、高輝度とするためには、前述の方式を有する複数のユニットを用い、その複数のユニットから得られる蛍光光を合成する技術が開発されている。

しかしながら、複数のユニットから得られる蛍光光を合成する方式において３つ以上のユニットの蛍光光を合成する場合、合成時の光線の光路が隣接してくるために、複数のユニットから得られる蛍光光を合成する合成手段と蛍光光の光路が干渉し、合成手段により蹴られる蛍光光が大きくなり、光の利用効率を高めることが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光の利用効率の高い導光部材、光源装置、および投射装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、異なる方向から入射する複数の収束光を出射方向に偏向し、前記複数の収束光を前記出射方向に垂直な集光面に集光し合成する導光部材であって、第１方向から入射する第１収束光を前記出射方向に偏向し、前記集光面に第１集光部を形成する第１偏向部と、前記第１方向と異なる第２方向から入射する第２収束光を前記出射方向に偏向し、前記集光面に第２集光部を形成する第２偏向部と、前記第１方向と前記第２方向と異なる第３方向から入射する第３収束光を出射方向に偏向し、前記集光面に第３集光部を形成する第３偏向部と、を備え、前記第１偏向部は、前記第１集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第１収束光を偏向し、前記第２偏向部は、前記第２集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第２収束光を偏向し、前記第３偏向部は、前記第３集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第３収束光を偏向する。

本発明によれば、光の利用効率の高い導光部材、光源装置、および投射装置を提供可能とする、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。 図２Ａは、第１の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。 図２Ｂは、第１の実施の形態にかかる光源装置２が有する反射ミラーとライトトンネルの位置関係の一例を示す図である。 図３は、第１の実施の形態にかかる光源装置の合成部形成位置におけるｘ軸方向から見たｙｘ平面内での光強度分布の一例を示す図である。 図４Ａは、第２の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。 図４Ｂは、第２の実施の形態にかかる光源装置が有する反射ミラーとライトトンネルの位置関係の一例を示す図である。 図５は、第２の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。 図６は、第２の実施の形態にかかる光源装置が有する反射部の一例を示す図である。 図７は、第２の実施の形態にかかる光源装置が有する反射部の一例を示す図である。 図８Ａは、第２の実施の形態にかかる光源装置の合成部形成位置におけるｘ軸方向から見たｙｘ平面内での光強度分布の一例を示す図である。 図８Ｂは、第２の実施の形態にかかる光源装置の合成部形成位置におけるｘ軸方向から見たｙｘ平面内での光強度分布の一例を示す図である。 図９は、変形例１にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。 図１０は、変形例１にかかる光源装置が有する反射部の一例の斜視図である。 図１１Ａは、変形例１にかかる光源装置が有するプリズムおよびライトトンネルの一例の斜視図である。 図１１Ｂは、変形例１にかかる光源装置が有するプリズムおよびライトトンネルの一例の断面図である。 図１２Ａは、第３の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。 図１２Ｂは、第３の実施の形態にかかる光源装置が有する反射ミラーとライトトンネルの位置関係の一例を示す図である。 図１３は、第３の実施の形態にかかる光源装置が有する波長変換部の構成の一例を示す図である。 図１４は、第３の実施の形態にかかる光源装置において波長変換部に形成される励起光照射スポットの形状の一例を示す図である。 図１５は、第３の実施の形態にかかる光源装置における波長変換部が発する蛍光光の一例を示す図である。 図１６は、第１～３の実施の形態にかかる光源装置を有する投射装置の構成の一例を示す図である。 図１７は、変形例２にかかる光源装置において合成部形成位置に対する収束光の照射例を説明するための図である。 図１８は、変形例３にかかる光源装置において合成部形成位置に対する収束光の照射例を説明するための図である。 図１９は、変形例４にかかる光源装置において合成部形成位置に対する収束光の照射例を説明するための図である。 図２０は、変形例５にかかる光源装置における合成部形成位置に対する収束光の照射例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、導光部材、光源装置、および投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。図１では、ｙ軸方向から見た、ｚｘ平面の光源装置２の構成の一例を示している。本実施の形態にかかる光源装置２は、少なくとも３か所に発光部Ｐ１～Ｐ３（以下、発光部Ｐ１～Ｐ３を区別しない場合には、発光部Ｐと記載する）を有し、各発光部Ｐから発した光（収束光）を、それぞれの発光部Ｐに対応した集光光学系ＬＳ１～ＬＳ３（以下、集光光学系ＬＳ１～ＬＳ３を区別しない場合には、集光光学系ＬＳと記載する）によって、合成部形成位置（集光面の一例）に集光させる。ここで、合成部形成位置は、ｙｚ平面に平行な面内に位置する。本実施の形態では、発光部Ｐ１～Ｐ３および集光光学系ＬＳ１～ＬＳ３が、複数の収束光を射出する複数の光源部の一例として機能する。

集光光学系ＬＳ１～ＬＳ３は、各々、３つの集光素子Ｌ１～Ｌ３を有する。集光素子Ｌ１，Ｌ２は、発光部Ｐ１～Ｐ３のそれぞれが発した収束光の光路において当該発光部Ｐ１～Ｐ３に一番近い位置に設けられ、発光部Ｐ１～Ｐ３が発した収束光の光束を略平行にする。集光素子Ｌ３は、集光素子Ｌ１，Ｌ２により略平行になった光束を、合成部形成位置に集光させる。発光部Ｐの位置と合成部形成位置とは共役関係である。集光光学系ＬＳ１～ＬＳ３は、図１に示す構成に限定されず、発光部Ｐが発した収束光は、集光素子Ｌ２と集光素子Ｌ３の間で、一旦、収束しても良い。

発光部Ｐ１が発した収束光は、集光光学系ＬＳ１の集光素子Ｌ３から射出された後、その収束する途中で、反射部Ｒ１によりｘ軸方向（出射方向の一例）に折り返され、合成部形成位置に集光される。すなわち、反射部Ｒ１は、例えば、反射面であり、ｚ軸方向（＋（正）側。第１方向の一例）から入射される収束光をｘ軸方向に偏向し、合成部形成位置に共役像Ｓ１（図３参照。第１集光部の一例）を形成する第１偏向部の一例である。

また、発光部Ｐ２から発した収束光は、同じく、集光光学系ＬＳ２の集光素子Ｌ３から射出された後、その収束する途中で、反射部Ｒ２でｘ軸方向に折り返され、合成部形成位置に集光される。すなわち、反射部Ｒ２は、例えば、反射面であり、ｚ軸方向の＋側とは異なる方向（言い換えると、ｚ軸方向の＋側に対応する方向）であるｚ軸方向（－（負）側。第２方向）から入射される収束光をｘ軸方向に偏向し、合成部形成位置に共役像Ｓ２（図３参照。第２集光部の一例）を形成する第２偏向部の一例である。

すなわち、本実施の形態では、反射部Ｒ１，Ｒ２は、異なる方向から入射する複数の収束光をｘ軸方向に偏向し、複数の収束光をｘ軸方向に垂直な合成部形成位置に集光し合成する導光部材の一例として機能する。

また、発光部Ｐ３が発した光は、集光光学系ＬＳ３の集光素子Ｌ３から射出された後、合成形成位置に集光される。集光光学系ＬＳ１～ＬＳ３は、共通の光学系でも良いし、それぞれが違った光学系でも良い。

本実施の形態にかかる光源装置２は、合成部形成位置に入射口が配置されるライトトンネルＬＴが設けられている。合成部形成位置には、発光部Ｐ１～Ｐ３が発光する収束光の共役像Ｓ１～Ｓ３（図３参照）が形成され、当該共役像Ｓ１～Ｓ３が１つの光源をなす合成部（例えば、略矩形の合成部）が形成される。当該合成部に集まった光束は、ライトトンネルＬＴに取り込まれ、ライトトンネルＬＴ内で多重反射し、ライトトンネルＬＴの出口の光強度分布は、ライトトンネルＬＴの入射口における光強度分布より均一になっている。ここで、ライトトンネルＬＴは、合成部形成位置の近傍に矩形の入射口（開口部の一例）を有する光均一化素子の一例である。

図２Ａは、第１の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。図２Ａでは、ｘ軸方向から見た、ｙｚ平面の光源装置２の構成の一例を示している。図２Ｂは、第１の実施の形態にかかる光源装置２が有する反射ミラーとライトトンネルの位置関係の一例を示す図である。左右方向（ｚ軸方向）の発光部Ｐ１および発光部Ｐ２から発せられる光束は、反射部Ｒ１，Ｒ２によって折り返され、合成部形成位置に対して垂直な方向（ｘ軸方向）に折り返される。

ライトトンネルＬＴと反射部Ｒ１，Ｒ２の位置関係は、図２Ｂに示すように、ライトトンネルＬＴの中央部を挟んだ形で反射部Ｒ１、Ｒ２が配置されている。反射部Ｒ１、Ｒ２は、三角プリズムの斜面（全反射面）に形成されているが、これに限らずミラーでも構わず、内面反射を利用しても良い。本実施の形態では、発光部Ｐ３が発する収束光（第３収束光の一例）は、反射部（例えば、反射面）を介さずに合成部形成位置に集光されているが、集光光学系ＬＳ３の集光素子Ｌ３と合成部形成位置の間に反射部（例えば、折り返しミラー）を配置し、収束光をｘ軸方向に偏向し、合成部形成位置に共役像Ｓ３（図３参照。第３集光部の一例）を形成しても良い。

図３は、第１の実施の形態にかかる光源装置の合成部形成位置におけるｘ軸方向から見たｙｘ平面内での光強度分布の一例を示す図である。共役像Ｓ１～Ｓ３は、それぞれ、発光部Ｐ１～Ｐ３の共役像である。発光部Ｐ３の共役像Ｓ３は、発光部Ｐ１の共役像Ｓ１と発光部Ｐ２の共役像Ｓ２に挟まれている。また、発光部Ｐ３の共役像Ｓ３は、発光部Ｐ１の共役像Ｓ１と発光部Ｐ２の共役像Ｓ２よりも大きい。合成部形成位置に形成される合成部での共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の周辺輪郭は略矩形となっているのが好ましい。

ライトトンネルＬＴは、空間光変調器（例えば、画像形成装置：マイクロディスプレイ等のパネル）が横長の矩形であることが多いため、空間光変調器の縦横比に応じた矩形なるように形状が決められるが、その矩形に相似形であることが好ましい。合成部形成位置に形成される合成部が矩形であるので、３つの共役像Ｓ１～Ｓ３も矩形であることが望ましい。また、共役像Ｓ１～Ｓ３の境界部の落ち込みを無くすことによって光の利用効率を上げることができる。

このように、第１の実施の形態にかかる光源装置２によれば、効率良く３つ以上の収束光の共役像Ｓ１～Ｓ３を合成できるので、高輝度で明るい光源装置２、および当該光源装置２を用いた投射装置を実現できる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、４方向の光源部から射出される収束光の共役像を合成部形成位置に形成する例である。以下の説明では、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

図４Ａおよび図５は、第２の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。図４Ａでは、ｘ軸方向から見た、ｚｙ平面の光源装置２の構成の一例を示している。図５は、ｙ軸方向から見た、ｘｚ平面の光源装置２の構成の一例を示している。また、図４Ｂは、第２の実施の形態にかかる光源装置が有する反射ミラーとライトトンネルの位置関係の一例を示す図である。

本実施の形態にかかる光源装置２は、少なくとも４か所に発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ（以下、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂを区別しない場合には、発光部Ｐと記載する）を有し、各発光部Ｐが発した収束光を、それぞれの発光部Ｐに対応した集光光学系ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂによって、合成部形成位置に集光させる。本実施の形態では、光源装置２が、４方向からの光源（発光部Ｐおよび集光光学系ＬＳ）から射出される収束光の共役像を合成部形成位置に形成する例について説明するが、少なくとも３方向からの光源部から射出される収束光の共役像を合成部形成位置に形成するものであれば、これに限定するものではない。

集光光学系ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂは、それぞれ、３つの集光素子Ｌ１～Ｌ３を有する。集光素子Ｌ１，Ｌ２は、発光部Ｐが発した収束光の光路において発光部Ｐに一番近い位置に設けられ、発光部Ｐが発した収束光の光束を略平行に集光させる。集光素子Ｌ３は、集光素子Ｌ１，Ｌ２により略平行に集光された光束を、合成部形成位置に集光させる。すなわち、発光部Ｐの位置と合成部形成位置とは共役関係である。

集光素子Ｌ３と合成部形成位置との間では、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂのそれぞれが発した収束途中の収束光の光路が、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂで同じ方向（ｘ軸方向）に折り返される（偏向される）。そして、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂで偏向された４つの収束光が、隣接または一部が重ねられて合成部形成位置に集光されて合成部を形成する。

具体的には、反射部Ｒ３ａは、ｚ軸方向の＋側およびｚ軸方向の－側とは異なるｙ軸方向の＋（正）側から入射する収束光（第３収束光の一例）をｘ軸方向に偏向し、合成部形成位置に共役像Ｓ３ａを形成する第３偏向部の一例である。また、反射部Ｒ３ｂは、ｚ軸方向の＋側およびｚ軸方向の－側とは異なるｙ軸方向の－（負）側から入射する収束光（第３収束光の一例）をｘ軸方向に偏向し、合成部形成位置に共役像Ｓ３ｂを形成する第３偏向部の一例である。

本実施の形態では、反射部Ｒ３ａと合成部形成位置との間の距離は、反射部Ｒ１，Ｒ２のそれぞれと合成部形成位置との間の距離より長いものとする。具体的には、収束光の光路における反射部Ｒ３ａと合成部形成位置との間の距離は、収束光の光路における反射部Ｒ１，Ｒ２のそれぞれと合成部形成位置との間の距離より長い。

図６および図７は、第２の実施の形態にかかる光源装置が有する反射部の一例を示す図である。本実施の形態では、プリズムが有する４つの斜面（全反射面）が、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂに相当し、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂが一体となった構成である。本実施の形態では、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂが一体となっているが、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは、それぞれ独立のプリズム、または平面のミラーにより構成されていても良い。そして、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂを構成するプリズムの外径（ｚｙ平面における外径）は、ライトトンネルＬＴの開口部（入射口）の外径と同じになっている。

発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂのそれぞれが発した収束光が、収束途中に、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂで反射される場合、図７に示すように、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂのそれぞれが光を反射させる面の反射面積を大きくしても良い。これにより、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂにおける発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれが発した収束光の折り返し時の効率（反射率）を向上させる。具体的には、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂを折り返し方向に長くして、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３を構成するプリズムの外径を、ライトトンネルＬＴの開口部（入射口）の外径より大きくする。

図８Ａおよび図８Ｂは、第２の実施の形態にかかる光源装置の合成部形成位置におけるｘ軸方向から見たｙｘ平面内での光強度分布の一例を示す図である。共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、それぞれ、集光光学系ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂによって形成される、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの共役像である。共役像Ｓ３ａ，Ｓ３ｂがｙ軸方向に隣接して１つの対を成して合成部形成位置に形成され、その対を挟むように、当該対にｚ軸方向に隣接しかつ当該対を挟むように共役像Ｓ１，Ｓ２が合成部形成位置に形成される。すなわち、共役像Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、共役像Ｓ１と共役像Ｓ２との間に形成される。

共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、縦横の長さが異なる長方形（矩形）であり、合成部形成位置に形成される共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ全体の形状（すなわち、合成部）も、略矩形となっている。また、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、図８Ｂに示すように、隣接する共役像と一部が重なるように、合成部形成位置に形成されることが好ましい。すなわち、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂのうち少なくとも２つの共役像は、互いに隣接または一部において重畳して合成部形成位置に形成される。その際、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂのうち少なくとも２つは、その長辺側で隣接またはその一部で重畳することが好ましい。

図６および図７に戻り、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂのそれぞれが発した収束光を、それぞれの共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの短辺側で折り返す。ここで、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの短辺側に折り返すとは、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの長辺に平行な方向を軸として、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂのそれぞれが発した収束光を偏向すること、すなわち、図６に示すｘｚ平面において発光部Ｐ１，Ｐ２が発した収束光の光路が折れ曲がることであり、図６に示すｘｙ平面において発光部Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが発した収束光の光路が折れ曲がることである。

共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂが矩形である場合、発光部Ｐが発した収束光を、その矩形の短辺側に折り返す方が、その矩形の長辺側に折り返すよりも、収束光の“蹴られ”を少なくすることができる。例えば、光の折り曲げ方向を９０度とする場合、光の反射面は、光束（光束の幅方向の中央近傍）が進む方向に対して４５度傾斜させる。一方、集光している途中の収束光の光束の幅は、手前（レンズ側）と奥（収束位置側）とでは、手前の方が広い。したがって、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂが矩形である場合、発光部Ｐが発する収束光を共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの長辺側で折り返すより、短辺側で折り返した方が、発光部Ｐが発した収束光の光束の幅の変化が小さくなる。発光部Ｐが発した収束光の光束が進む方向に対して４５度傾斜させた反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂのレンズに近い側の光束の幅をカバーするためには、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂの反射領域をｘ軸方向に広くしないと、光束が蹴られてしまい、発光部Ｐが発した収束光の利用効率が落ちる。

繰り返し説明すると、集光光学系ＬＳにより集光される光（収束光）がなるべく蹴られないように、より小さな反射ミラー（反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ）で折り返すためには、収束光の進行方向に対して反射ミラーを４５度傾斜させ、共役像の短辺側で折り返す方が、反射ミラーの有効反射領域を小さくできる。逆に、集光光学系ＬＳにより集光される収束光を反射ミラーにより共役像の長辺側で折り返すと、集光する手前の方に反射位置が近づき、反射ミラーの幅（ｘ方向の幅）を大きくとらないと収束光の蹴られる量が増加してしまう。反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂのｘ方向の幅を大きくとると、それぞれの反射面はｘ軸に対して４５度傾斜しているため、反射部Ｒ１，Ｒ２はｚ軸方向の幅も大きくなり、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂはｙ軸方向の幅も大きくなる。図６に示すように、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは反射部Ｒ１，Ｒ２に挟まれているので、ｙ軸方向の幅が大きくなると、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂの合成部形成位置の側に入射する収束光の光路が、反射部Ｒ１，Ｒ２の合成部形成位置の側と干渉する。そのため、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂに入射する収束光の蹴られる光量が増加し、有効な反射光が減少してしまう。そのため、図６に示したように、発光部Ｐが発した収束光を、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂによって共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの短辺側で折り返すことによって、反射部のｘ方向の幅を小さくでき、当該収束光の蹴られる光量が増加することを抑制できる。

また、合成部形成位置には、入射口が配置されるライトトンネルＬＴが設けられている。合成部形成位置には、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが発した収束光の共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ２ｂが形成され、それら共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂが隣り合わせて１つの光源としてなす合成部が形成される。合成部形成位置に集光される収束光の光束は、ライトトンネルＬＴに取り込まれ、ライトトンネルＬＴ内で多重反射し、ライトトンネルＬＴの出口の光強度分布は、ライトトンネルＬＴの入射口の光強度分布より均一になっている。

このように、第２の実施の形態にかかる光源装置２によれば、プロジェクタ等の投射装置に用いられる光源装置２に用いられる導光部材に関して、異なる方向から入射する収束光を偏向して合成部形成位置に集光する際に、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂによる偏向の回転軸の方向と、それぞれの反射部に対応する合成部形成位置の集光部（共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）の長軸の方向と、を平行になるように合わせることで、反射部によって収束光が蹴られる量を低減でき、光の利用効率を向上させることができる。

（変形例１）
図９は、変形例１にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。図９では、ｙ軸方向から見た、ｘｚ平面の光源装置２の構成の一例を示している。本変形例は、プリズムの内面に反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂを設けた例である。これにより、発光部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが発した収束光を反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂにおいて全反射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。また、集光光学系ＬＳにより集光される光束のＮＡ（角度）が大きくなって、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂにおける全反射の条件の効率（外れ効率）が落ちる場合には、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂに、アルミニウム、銀等の金属を形成して、反射ミラーとしても良い。

図１０は、変形例１にかかる光源装置が有する反射部の一例の斜視図である。本変形例では、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは、プリズムの全反射面である。また、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは、それぞれ、矩形であり、発光部Ｐが発した収束光の光束を、それぞれの集光部（共役像Ｓ）の短辺側で折り返すように、プリズム内に形成されている。反射部Ｒ３ａがｙ軸方向において負側に設けられ、反射部Ｒ３ｂがｙ軸方向において正側に配置される。そして、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは、発光部Ｐが発した収束光の進行方向をｘ軸方向に折り曲げる。発光部Ｐが発した収束光の光路を反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂが折り曲げる方向は、集光部Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの短軸方向である。また、反射部Ｒ１，Ｒ２は、図１０に示すように、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂを挟むようにプリズムに設けられる。そして、反射部Ｒ１，Ｒ２も、反射部Ｒ３ａ，Ｒ３ｂと同様に、発光部Ｐが発した収束光の光路を、集光部Ｓ１，Ｓ２の短軸方向に折り曲げる。

図１１Ａは、変形例１にかかる光源装置が有するプリズムおよびライトトンネルの一例の斜視図である。図１１Ｂは、変形例１にかかる光源装置が有するプリズムおよびライトトンネルの一例の断面図である。ライトトンネルＬＴは、ガラスロッド等の内部反射型のライトトンネルでも良いし、その内部に４面のミラーを形成したライトトンネルであっても良い。これにより、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂにより反射される収束光の損失を少なくして、ライトトンネルＬＴ内に収束光を取り込めることとなり、光の利用効率を高めることができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、励起光が照射されてその励起光とは異なる波長領域の収束光に変換して射出する波長変換部を、発光部として用いる例である。以下の説明では、上述の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

図１２Ａは、第３の実施の形態にかかる光源装置の構成の一例を示す図である。図１２Ｂは、第３の実施の形態にかかる光源装置が有する反射ミラーとライトトンネルの位置関係の一例を示す図である。上述の実施の形態では、ＬＥＤ光源，ＬＤ等の自己発光する光源である発光部Ｐと、集光光学系ＬＳと、を光源部として用いているが、本実施の形態では、励起光を射出する励起光源ＬＤ１～ＬＤ３と、当該励起光が照射されてその励起光とは異なる波長領域の収束光に変換して出射する波長変換部Ｑ１～Ｑ４と、集光光学系ＬＳと、を光源部として用いた例である。

本実施の形態にかかる光源装置２は、複数の励起光源ＬＤ１～ＬＤ３を有し、当該複数の励起光源ＬＤ１～ＬＤ３のそれぞれから発光される励起光（光線）を束ねて略一か所に集光させて波長変換部Ｑ１～Ｑ４に照射する。具体的には、複数の励起光源ＬＤ１～ＬＤ３から発光された励起光は、集光レンズＣＬ１～ＣＬ３で集光され、集光された励起光を束ねる集光素子Ｌ４，Ｌ５によって、反射ミラーＭ１に導かれる。反射ミラーＭ１は、集光素子Ｌ２と集光素子Ｌ３の間に設置され、励起光の光路を集光素子Ｌ２の方向に折り曲げる。励起光は、集光素子Ｌ１，Ｌ２によって集光され、その集光位置の近傍に波長変換部Ｑ１～Ｑ４が配置されている。

波長変換部Ｑ１～Ｑ４は、励起光が照射されると、当該励起光を異なる波長領域の収束光に変換して出射する。波長変換部Ｑ１～Ｑ４は、蛍光体を平板プレート上に形成した蛍光体プレート、当該蛍光体プレートを円盤状にした回転体であっても良い。

図１３は、第３の実施の形態にかかる光源装置が有する波長変換部の構成の一例を示す図である。本実施の形態では、波長変換部Ｑ１～Ｑ４は、円盤状の回転体であり、その周縁に蛍光体が塗布された波長変換領域と、励起光を反射させる反射領域（励起光の波長領域を変換せずに出射する反射領域）と、を有する。本実施の形態では、波長変換部Ｑ１～Ｑ４は、その周縁に波長変換領域および反射領域を有しているが、その周縁の全周に波長変換領域が形成されていても良い。

波長変換部Ｑ１～Ｑ４が駆動装置によって回転すると、波長変換部Ｑ１～Ｑ４において励起光が照射される励起光照射スポットには、波長変換領域と反射領域とが交互に現れる。そして、波長変換部Ｑ１～Ｑ４は、ある時間では、波長領域が変換された収束光（波長変換光、蛍光光）を出射し、他の時間では、励起光の波長領域を変換していない収束光（反射光）を出射する。波長変換光および反射光は、上述の実施の形態における発光部Ｐが発光する収束光と同じように、合成部形成位置に照射される。すなわち、本実施の形態では、波長変換光が、合成部形成位置に対して、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを形成する。

ここで、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４は、例えば、半導体レーザを２次元的に複数配列して、全体として矩形の光源とすることで、波長変換部Ｑ１～Ｑ４に照射する励起光照射スポットの集合体の形状を略矩形にすることができる。波長変換部Ｑ１～Ｑ４に形成される励起光照射スポットの集合体の形状が略矩形になると、波長変換部Ｑ１～Ｑ４の励起光照射スポットで励起される波長変換光の発光形状も略矩形となる。さらに、波長変換光の発光形状が略矩形となると、上述の実施の形態と同様に、集光光学系ＬＳ１～ＬＳ４によって合成部形成位置に形成される照射スポットの形状も略矩形になる。

なお、本実施の形態では、励起光照射スポットの集合体の形状を略矩形とすることで、波長変換光の発光形状も略矩形となる前提で説明したが、波長変換光の発光形状が長軸（あるいは短軸）を有している形状であれば、これに限定するものではない。例えば、波長変換光の形状を楕円や小判形状等の形状とする構成でも構わない。すなわち、励起光によって得られる波長変換光が光学系によって共役位置（合成部形成位置）に形成される共役像Ｓが長軸を有しておれば、その長軸を軸として偏向させることで、本実施の形態と同様の効果が得られる。あるいは、励起光照射スポットの集合体の形状が矩形であっても、光学系の有する収差によって共役像Ｓが厳密に矩形にならなくても長軸を有する形状であれば、例えば、楕円や小判型等にも適用できる。

本実施の形態では、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４は、半導体レーザを、長手方向に４列配置されかつ短手方向に３列配置された励起光源である。すなわち、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４は、１２個の半導体レーザを有し、全体として矩形の光源となっている。本実施の形態では、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４は、半導体レーザが、長手方向に４列配置されかつ短手方向に３列配置されているが、これに限定されるものではなく、複数の半導体レーザを配置するピッチや配置数を変えて、複数の半導体レーザの矩形の配置の縦横比を調整することも可能である。例えば、半導体レーザが、長手方向に４列配置されかつ短手方向に７列配置されていても良い。

図１４は、第３の実施の形態にかかる光源装置において波長変換部に形成される励起光照射スポットの形状の一例を示す図である。波長変換部Ｑ１～Ｑ４には、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４が有する半導体レーザの像が形成されるため、図１４に示すように、矩形に配置された半導体レーザが点在した像が形成される。また、波長変換部Ｑ１～Ｑ４に対して照射する励起光の焦点位置を若干ずらしたり、集光素子Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５を有する集光光学系の設計によって、波長変換部Ｑ１～Ｑ４に対する各照射スポットの一部を重ねたりしても良い。

図１５は、第３の実施の形態にかかる光源装置における波長変換部が発する蛍光光の一例を示す図である。本実施の形態では、波長変換部Ｑ１～Ｑ４が発光する蛍光光は、当該波長変換部Ｑ１～Ｑ４に対する励起光照射スポットのサイズより若干大きくなり、波長変換部Ｑ１～Ｑ４が有する複数の半導体レーザが連続（隣接）して配置されているようになり、各波長変換部Ｑ１～Ｑ４の発光形状は全体として矩形となる。

このように、第３の実施の形態にかかる光源装置２によれば、第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

図１６は、第１～３の実施の形態にかかる光源装置を有する投射装置の構成の一例を示す図である。第３の実施の形態にかかる光源装置２においては、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４に青色の励起光を出射する励起光源を用い、波長変換部Ｑ１～Ｑ４（波長変換領域）には黄色の蛍光体を用いても良い。波長変換部Ｑ１～Ｑ４（例えば、蛍光体ホイール）は、波長変換領域に加えて、反射領域を設けて、蛍光光と反射光とが交互に出射されるようにしても良い。これにより、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４から出射される励起光を青色の励起光とすることで、波長変換部Ｑ１～Ｑ４から白色の蛍光光が出射される。

投射装置１は、黄色、緑、および赤のフィルタ（所謂、カラーホイール）である照明光学系３を回転させ、その回転と、波長変換部Ｑ１～Ｑ４（蛍光体ホイール）と、励起光源ＬＤ１～ＬＤ４と、を同期させることで、ＲＧＢのカラー３原色の光が得られる。すなわち、照明光学系３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、光源装置２から射出される光で、後述する光空間変調器４を略均一に照明する。

そして、投射装置１は、照明光学系３により得られるＲＧＢの３原色の光を、光空間変調器４に入射し、当該光空間変調器４において変調された光の像を、投射光学系５により拡大して、投射像として、スクリーンに拡大投射する。すなわち、光空間変調器４は、光源装置２から出射した光を画像光として射出する画像形成素子（例えば、ＤＭＤ：Digital Mirror Device）として機能する。また、投射光学系５は、例えば、１枚以上のレンズを有し、光空間変調器４から射出される画像光をスクリーン等の被投射物に投射する投射光学系の一例として機能する。

または、投射装置１は、光源装置２において、青色の励起光から白色の光を生成し、照明光学系３によってＲＧＢのカラー３原色の光を生成し、当該生成した光を時分割で光空間変調器４に入射し、単色の画像を合成してカラー画像を投射像としてスクリーンに投射しても良い。

第１～３の実施の形態にかかる光源装置２を有する投射装置１によれば、光源装置２における光の利用効率が高いため、明るい投射像をスクリーンに投射することができる。

（変形例２～４）
図１７～１９は、変形例２～４にかかる光源装置において合成部形成位置に対する収束光の照射例を説明するための図である。変形例２～４においては、第２の実施の形態と同様に、４つの発光部Ｐが発する収束光を、図１７～図１９に示す配置関係で配置された反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂにより反射させて、合成部形成位置に照射する。これにより、いずれの変形例においても、４つの発光部Ｐのそれぞれが発光した収束光の共役像Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを合成部形成位置に形成する。また、いずれの変形例においても、合成部形成位置において、共役像Ｓ３ａが、共役像Ｓ１，Ｓ２に挟まれて形成される。また、いずれの変形例においても、発光部Ｐから発光された収束光を、反射部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂによって、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの短辺側に折り返す（すなわち、共役像Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの長辺側に平行な方向を軸として折り返す）。

（変形例５）
図２０は、変形例５にかかる光源装置における合成部形成位置に対する収束光の照射例を説明するための図である。変形例５にかかる光源装置２は、３つの発光部Ｐが発した収束光の共役像Ｓ１～Ｓ３が、隣接またはその一部が重畳して、合成部形成位置に形成される。すなわち、本変形例にかかる光源装置２は、３方向の光源部から射出される収束光の共役像Ｓ１～Ｓ３を合成部形成位置に形成する。共役像Ｓ１～Ｓ３は、全て短辺と長辺を有した略矩形の収束光の像である。そして、３つの発光部Ｐが発する収束光のうち、少なくとも１つの収束光は、その光路において、合成部形成位置の手前に配置された反射部Ｒ３の短辺側に折り返されている。これにより、反射部Ｒ３において蹴られる収束光が少なくなり、光の利用効率の高い光源装置２を提供することができる。

１ 投射装置
２ 光源装置
３ 照明光学系
４ 光空間変調器
５ 投射光学系
ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３ 集光レンズ
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ３ａ，ＬＳ３ｂ 集光光学系
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５ 集光素子
ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３ 励起光源
ＬＴ ライトトンネル
Ｍ１ 反射ミラー
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ 発光部
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 波長変換部
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ 反射部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ 共役像

特開２０１７－１４２４８２号公報 特開２００５－５３１０３３号公報

Claims (15)

1. 異なる方向から入射する複数の収束光を出射方向に偏向し、前記複数の収束光を前記出射方向に垂直な集光面に集光し合成する導光部材であって、
   第１方向から入射する第１収束光を前記出射方向に偏向し、前記集光面に第１集光部を形成する第１偏向部と、
   前記第１方向と異なる第２方向から入射する第２収束光を前記出射方向に偏向し、前記集光面に第２集光部を形成する第２偏向部と、
   前記第１方向と前記第２方向と異なる第３方向から入射する第３収束光を出射方向に偏向し、前記集光面に第３集光部を形成する第３偏向部と、を備え、
   前記第１偏向部は、前記第１集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第１収束光を偏向し、
   前記第２偏向部は、前記第２集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第２収束光を偏向し、
   前記第３偏向部は、前記第３集光部の長軸に平行な方向を軸にして、前記第３収束光を偏向する、導光部材。
2. 前記第１集光部、前記第２集光部、および前記第３集光部の少なくとも２つの集光部は、互いに隣接または一部が重畳している、請求項１に記載の導光部材。
3. 前記集光面において、前記第１集光部、前記第２集光部、および前記第３集光部が合成された合成部の形状は略矩形である、請求項１または２に記載の導光部材。
4. 前記第１集光部、前記第２集光部、および前記第３集光部は、略矩形である、請求項１から３のいずれか一項に記載の導光部材。
5. 前記第１集光部、前記第２集光部、および前記第３集光部の少なくとも２つは、長辺側で互いに隣接または一部が重畳する請求項２に記載の導光部材。
6. 前記第３集光部は、前記第１集光部と前記第２集光部との間に形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の導光部材。
7. 前記第１集光部、前記第２集光部、および前記第３集光部は、互いに隣接または重畳する、請求項１から５のいずれか一項に記載の導光部材。
8. 前記第３偏向部と前記集光面との間の距離は、前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれと前記集光面との間の距離より長い請求項１から７のいずれか一項に記載の導光部材。
9. 前記第１偏向部、前記第２偏向部、前記第３偏向部は、反射面である、請求項１から８のいずれか一項に記載の導光部材。
10. 前記第１偏向部、前記第２偏向部、および前記第３偏向部は、プリズムの全反射面である、請求項１から８のいずれか一項に記載の導光部材。
11. 前記複数の収束光を射出する複数の光源部と、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の導光部材と、
    を備える、光源装置。
12. 前記光源部は、励起光を射出する励起光源と、入射した前記励起光の波長を変換した波長変換光を射出する波長変換部と、を備え、
    前記波長変換光が、前記第１集光部、前記第２集光部、および前記第３集光部を形成する、請求項１１に記載の光源装置。
13. 前記励起光源から射出される励起光のスポット形状は略矩形である、請求項１２に記載の光源装置。
14. 前記集光面の近傍に矩形の開口部を有する光均一化素子をさらに備える、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の光源装置。
15. 請求項１１から１４のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出した光を画像光として射出する画像形成素子と、
    前記画像光を被投射物に投射する投射光学系と、
    を備える投射装置。

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