JP2022146401A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】励起光の迷光を抑制して波長変換素子で変換される蛍光の光量を増加させることで大型化を抑制しつつ、高出力の光を射出できる、光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光源装置は、励起光を射出する光源と、反射層と、反射層の入射側に設けられて励起光を波長変換して励起光と異なる波長帯の波長変換光を生成する波長変換層と、を有する波長変換素子と、光源からの励起光を波長変換素子へ入射させる第１光学素子と、光源と波長変換素子との間における光路上に配置され、波長変換素子から射出された励起光の反射光の少なくとも一部を波長変換素子に向けて射出する第２光学素子と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

近年、プロジェクターに用いられる光源装置として、蛍光体で生成した蛍光を照明光として用いる光源装置がある（例えば、下記特許文献１参照）。この光源装置では、光源から射出した励起光をダイクロイックミラーで分配し、励起光の一部を波長変換素子に入射させ、励起光の他の一部を拡散素子に入射し、波長変換素子で生成した蛍光と拡散素子で生成した青色拡散光とを合成して白色の照明光を生成している。

特開２０１３－２５０４９４号公報

上記光源装置において、波長変換素子に入射した励起光は全て波長変換されるものでなく、波長変換されない励起光が光源側に戻されることで迷光となってしまう。そこで、例えば、光源の発光量を増やして迷光による損失分を補うことも考えられる。しかしながら、この場合、光源の熱量が増大するため、光源の冷却性能を向上させる構成が必要となり、光源装置が大型化する恐れがあった。

上記の課題を解決するために、本発明の１つの態様によれば、励起光を射出する光源と、反射層と、前記反射層の入射側に設けられて前記励起光を波長変換して前記励起光と異なる波長帯の波長変換光を生成する波長変換層と、を有する波長変換素子と、前記光源からの前記励起光を前記波長変換素子へ入射させる第１光学素子と、前記光源と前記波長変換素子との間における光路上に配置され、前記波長変換素子から射出された前記励起光の反射光の少なくとも一部を前記波長変換素子に向けて射出する第２光学素子と、を備える光源装置が提供される。

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射光学装置と、を備えるプロジェクターが提供される。

図１は第１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２は光源装置の概略構成を示す図である。 図３は第２光学素子による機能を説明した図である。 図４は第２実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。 図５は第３実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。 図６は第４実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。 図７は第５実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。 図８は第６実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。 図９Ａは蛍光体の表面に入射する光の強度分布を示した図である。 図９Ｂは図９Ａにおける強度分布を合成した図である。 図１０は第７実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。 図１１は第８実施形態の光源装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、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、投射光学装置６とを備えている。

色分離光学系３は、光源装置２からの白色の照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第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および第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第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、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および青色光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、その他の光を反射する。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を透過させる。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、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および第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、赤色の画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。

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

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの各画像光が入射する。合成光学系５は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置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。

投射光学装置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）
次に、上記光源装置２の構成について説明する。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２０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１の位相差素子（位相差素子）２８ａと、第１光学素子２５と、第２光学素子２４と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

光源２０と、アフォーカル光学系２２と、第１の位相差素子２８ａと、拡散板２３と、第２光学素子２４と、第１光学素子２５と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。なお、光軸ａｘ１は、光源２０の光軸である。

一方、波長変換素子２７と、第１の集光光学系２６と、第１光学素子２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。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２０は複数の発光素子２０ａと複数のコリメートレンズ２０ｂとを含む。各発光素子２０ａは半導体レーザーから構成される。発光素子２０ａは、例えば４４５ｎｍのピーク波長を有する光ビームからなる光線Ｅを射出する。なお、発光素子２０ａとしては、４４５ｎｍ以外の波長の光線Ｅを射出する半導体レーザーを用いることもできる。例えば、発光素子２０ａは、４６０ｎｍのピーク波長を有する光ビームからなる光線Ｅを射出してもよい。

複数のコリメートレンズ２０ｂは各発光素子２０ａに対応して配置されている。コリメートレンズ２０ｂは発光素子２０ａから射出された光線Ｅを平行光に変換する。なお、発光素子２０ａおよびコリメートレンズ２０ｂの個数は、特に限定されない。このようにして光源２０は青色波長帯を有する平行光束として励起光ＢＬを射出する。

光源２０から射出された励起光ＢＬは、アフォーカル光学系２２に入射する。アフォーカル光学系２２は、光源２０と第１光学素子２５との間における励起光ＢＬの光路上に配置される。アフォーカル光学系２２は、励起光ＢＬの光束径を小さくする縮小光学系である。アフォーカル光学系（縮小光学系）２２は、例えば凸レンズ２２ａ，凹レンズ２２ｂから構成されている。

アフォーカル光学系２２を通過した励起光ＢＬは第１の位相差素子２８ａに入射する。第１の位相差素子２８ａは、光源２０と第１光学素子２５との間における励起光ＢＬの光路上に配置される。第１の位相差素子２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。光源２０から射出された励起光ＢＬは直線偏光である。第１の位相差素子２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差素子２８ａを透過する励起光ＢＬを、第１光学素子２５に対するＳ偏光成分（第１偏光成分）とＰ偏光成分（第２偏光成分）とを所定の比率で含む光線とすることができる。第１の位相差素子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。すなわち、第１の位相差素子２８ａは、光源２０からの励起光ＢＬをＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分配する。

第１の位相差素子２８ａを通過することで生成されたＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む励起光ＢＬは拡散板２３に入射する。拡散板２３としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。拡散板２３は、励起光ＢＬを拡散させることで、波長変換素子２７に入射する励起光ＢＬの照度分布の均一性を高める。拡散板２３を経由した励起光ＢＬは第２光学素子２４に向かう。

第２光学素子２４は、光源２０と波長変換素子２７との間における励起光ＢＬの光路上に配置される。第２光学素子２４は、後述のように波長変換素子２７から射出された励起光ＢＬの反射光の少なくとも一部を波長変換素子２７に向けて射出する。本実施形態の第２光学素子２４は、反射ミラーで構成される。第２光学素子２４は、開口２４ａを有している。開口２４ａの平面形状は、例えば、円形である。

第２光学素子２４は、光源２０から射出された励起光ＢＬの主光束の周囲に配置されている。ここで、励起光ＢＬの主光束とは、光源２０から射出されて波長変換素子２７に向かって進行する光束を意味する。つまり、励起光ＢＬの主光束は波長変換素子２７に対して効率良く入射されることが望ましい。

励起光ＢＬの主光束の周囲に配置された第２光学素子２４は、励起光ＢＬの主光束を遮らない。本実施形態において、励起光ＢＬは第２光学素子２４に設けられた開口２４ａを経由して第１光学素子２５に入射する。これにより、励起光ＢＬは第２光学素子２４で遮られることなく、第１光学素子２５に入射する。

本実施形態において、第２光学素子２４は、アフォーカル光学系２２の後段に配置されている。第２光学素子２４は、アフォーカル光学系２２により光束径が小さくなった励起光ＢＬの周囲に配置されている。そのため、励起光ＢＬを通過させるための開口２４ａを小型化できる。

第２光学素子２４の開口２４ａを経由した励起光ＢＬは第１光学素子２５に入射する。第１光学素子２５は、光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置される。
第１光学素子２５は、励起光ＢＬを、第１光学素子２５に対するＳ偏光成分の光線ＢＬｓとＰ偏光成分の光線ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。第１光学素子２５は、例えば、プレート型の偏光分離素子で構成される。
また、第１光学素子２５は励起光ＢＬ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する。これにより、第１光学素子２５は、後述のように、励起光ＢＬの一部と蛍光ＹＬとを合成する合成手段として機能する。

第１光学素子２５は、第１の位相差素子２８ａにより分配された励起光ＢＬのＳ偏光成分（第１偏光成分）である光線ＢＬｓを反射して波長変換素子２７へ射出し、励起光ＢＬのＰ偏光成分（第２偏光成分）である光線ＢＬｐを透過して拡散素子３０へ射出する。第１光学素子２５から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線ＢＬｓを波長変換素子２７の蛍光体３４に向けて集光させる。

本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成される。第１の集光光学系２６から射出された光線ＢＬｓは、波長変換素子２７に集光した状態で入射する。

波長変換素子２７は、反射層３７と、反射層３７の光入射側に設けられる蛍光体（波長変換層）３４と、蛍光体３４を支持する基板３５と、蛍光体３４を基板３５に固定する固定部材３６と、を有している。すなわち、本実施形態の波長変換素子２７は、励起光ＢＬの入射領域が時間的に変化しない固定型の波長変換素子である。

本実施形態において、蛍光体３４は、該蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定される。蛍光体３４は、光線ＢＬｓの入射する側と反対側の面において、基板３５に接触する。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを吸収して励起される蛍光体を含む。本実施形態の蛍光体３４は内部に複数の散乱体Ｋを含む。散乱体Ｋとしては、気孔や蛍光体３４と屈折率の異なる透過性粒子が用いられる。また、蛍光体３４は、ＡＲコートなどの反射防止膜３９を表面３４ａに備えている。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを波長変換することで、例えば波長帯が５００～７００ｎｍの蛍光（黄色蛍光）ＹＬを生成して射出する。本実施形態において、蛍光体３４は、励起光ＢＬの一部である光線ＢＬｓを波長変換して励起光ＢＬと異なる波長帯の蛍光（波長変換光）ＹＬを生成する。反射層３７は、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。

基板３５の蛍光体３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。波長変換素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を抑制できる。

蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射層３７によって反射され、蛍光体３４の外部へと射出される。また、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射層３７を介さずに蛍光体３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体３４から射出される。

蛍光体３４から射出された蛍光ＹＬは、非偏光の光である。蛍光ＹＬは、第１の集光光学系２６を通過した後、第１光学素子２５に入射する。蛍光ＹＬは、第１光学素子２５を透過してレンズインテグレーター３１に向けて進む。

一方、第１光学素子２５から射出された励起光ＢＬのＰ偏光成分である光線ＢＬｐは、第２の位相差素子２８ｂに入射する。第２の位相差素子２８ｂは、第１光学素子２５と拡散素子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。したがって、第１光学素子２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、この第２の位相差素子２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。
第２の集光光学系２９は、例えばレンズ２９ａから構成され、青色光ＢＬｃ１を集光させた状態で拡散素子３０に入射させる。

拡散素子３０は、第１光学素子２５における波長変換素子２７の反対側に配置され、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を第１光学素子２５に向けて拡散反射させる。拡散素子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。なお、拡散素子３０として円板状の拡散反射板を回転させる構成を採用してもよい。

以下、拡散素子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の位相差素子２８ｂに入射する。

左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２の位相差素子２８ｂによってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、第１光学素子２５で反射されてレンズインテグレーター３１に向けて反射される。

ここで、蛍光体３４に励起光として入射した光線ＢＬｓの一部は反射されることで蛍光体３４の表面３４ａから射出される。以下、蛍光体３４の表面３４ａから射出する光線ＢＬｓの一部を、「反射光Ｂｒ」と呼ぶ。

ここで、蛍光体３４の表面３４ａから射出される反射光Ｂｒとしては、例えば、蛍光体３４の表面３４ａで反射された成分、蛍光体３４内部で散乱されて表面３４ａから射出された成分、あるいは、蛍光体３４内で蛍光ＹＬに変換されることなく、反射層３７で反射されて表面３４ａから射出された成分を含む。

このようにして蛍光体３４の表面３４ａから射出された反射光Ｂｒは、第１光学素子２５に対するＳ偏光成分およびＰ偏光成分が混在した非偏光となる。以下、反射光Ｂｒのうち、Ｓ偏光成分を反射光Ｂｒｓ、Ｐ偏光成分を反射光Ｂｒｐと称す。

図２に示したように、蛍光体３４から射出された反射光Ｂｒは第１の集光光学系２６を経由して第１光学素子２５に入射する。Ｐ偏光成分である反射光Ｂｒｐは第１光学素子２５を透過する。

本実施形態において、第１光学素子２５は、拡散素子３０から入射する青色光ＢＬｓ１と、波長変換素子２７から入射する蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒｐと、を同一方向に向けて射出する。したがって、青色光ＢＬｓ１、蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒｐは、第１光学素子２５で互いに合成されて白色の照明光ＷＬを生成する。

一方、Ｓ偏光成分である反射光Ｂｒｓは第１光学素子２５で反射され、光源２０側に戻される。本実施形態では、第１光学素子２５で反射された反射光Ｂｒｓの少なくとも一部が第２光学素子２４に入射する。

図３は第２光学素子２４による機能を説明した図である。
図３に示すように、第２光学素子２４は、反射光Ｂｒｓを波長変換素子２７に向けて反射する。第２光学素子２４で反射された反射光Ｂｒｓは、第１光学素子２５で反射され、第１の集光光学系２６を経由して波長変換素子２７に再び入射し、蛍光ＹＬの励起に再利用される。

なお、第２光学素子２４に入射した反射光Ｂｒｓのうち、開口２４ａを通過した成分は蛍光体３４側に戻すことができず、光損失となってしまう。
例えば、蛍光体３４の表面３４ａで正反射された反射光Ｂｒｓは往路と同じ光路を辿って開口２４ａを通過することで損失となる。

これに対して本実施形態の蛍光体３４では、ＡＲコートなどの反射防止膜３９を表面３４ａに設けることで蛍光体３４の表面３４ａで反射光Ｂｒｓとして正反射される成分を抑制することができる。これにより、蛍光体３４内に励起光ＢＬを効率良く入射させることで、反射光Ｂｒｓのうち損失となり得る正反射成分を低減することができる。

また、本実施形態の蛍光体３４では、内部に複数の散乱体Ｋを含む構造を採用している。このように散乱体Ｋを内部に設けることで、蛍光体３４は、励起光ＢＬを内部で散乱させることで反射光Ｂｒｓとして往路と同じ光路を辿る成分を減らすことができる。よって、反射光Ｂｒｓの損失を低減し、励起光ＢＬの光利用効率を向上させることができる。

また、蛍光体３４内で蛍光ＹＬに変換されることなく反射層３７で反射されて表面３４ａから射出された反射光Ｂｒｓは、往路と同じ光路を辿って開口２４ａを通過して損失となり易い。本実施形態では、上述のように蛍光体３４の内部に散乱体Ｋが設けられるため、反射層３７で反射されて表面３４ａから射出されるまでの間に励起光ＢＬを散乱させることが可能となる。よって、反射層３７で正反射されてそのまま開口２４ａを通過する成分を抑制することで、反射光Ｂｒｓの損失を低減し、励起光ＢＬの光利用効率を向上させることができる。

第１光学素子２５で合成された照明光ＷＬは、レンズインテグレーター３１に入射する。レンズインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

レンズインテグレーター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（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に対応させる。これにより、上述のように照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に導かれる。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はレンズインテグレーター３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬの照度分布を均一化する。

以下、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態の光源装置２は、励起光ＢＬを射出する光源２０と、反射層３７と、反射層３７の入射側に設けられて励起光ＢＬを波長変換して励起光ＢＬと異なる波長帯の蛍光ＹＬを生成する蛍光体３４と、を有する波長変換素子２７と、光源２０からの励起光ＢＬを波長変換素子２７へ入射させる第１光学素子２５と、光源２０と波長変換素子２７との間における光路上に配置され、波長変換素子２７から射出された励起光ＢＬの反射光Ｂｒの少なくとも一部を波長変換素子２７に向けて射出する第２光学素子２４と、を備える。

本実施形態の光源装置２によれば、光源２０と波長変換素子２７との間に設けられた第２光学素子２４によって、蛍光体３４から射出された反射光Ｂｒの一部である反射光Ｂｒｓを波長変換素子２７に再び入射させ、蛍光ＹＬの励起に再利用することができる。これにより、波長変換素子２７に入射する励起光の光量が増えるため、波長変換素子２７で変換される蛍光ＹＬの光量が増加し、明るい蛍光ＹＬを生成することができる。これにより、励起光ＢＬの迷光成分による蛍光ＹＬの発光量の低下を補うために、光源２０の出力を高くする必要がなくなるので、光源２０の放熱構造を簡素化できる。
したがって、本実施形態の光源装置２によれば、励起光ＢＬの迷光を抑制して波長変換素子２７で変換される蛍光ＹＬの光量を増加させることで装置構成の大型化を抑制しつつ、高出力の照明光ＷＬを射出することができる。

本実施形態の光源装置２において、第２光学素子２４は、光源２０から射出された励起光ＢＬの主光束の周囲に配置される。

この構成によれば、励起光ＢＬの主光束を遮らないように第２光学素子２４が配置されるので、励起光ＢＬを波長変換素子２７に効率良く入射させることができる。

本実施形態の光源装置２において、光源２０と第１光学素子２５との間における光路上に配置され、励起光ＢＬの光束径を小さくするアフォーカル光学系２２をさらに備え、第２光学素子２４は開口２４ａを有し、アフォーカル光学系２２により光束径が小さくなった励起光ＢＬの周囲に開口２４ａを位置させるように配置される。

この構成によれば、励起光ＢＬを通過させるための開口２４ａを小型化できる。これにより、開口２４ａを透過して光源２０側に迷光成分として戻ることによる反射光Ｂｒの損失をより低減することができる。

本実施形態の光源装置２において、第１光学素子２５における波長変換素子２７の反対側に配置され、光源２０からの励起光ＢＬの一部を拡散させる拡散素子３０と、光源２０と第１光学素子２５との間に配置され、光源２０からの励起光ＢＬをＳ偏光成分の光線ＢＬｓとＰ偏光成分の光線ＢＬｐとに分配する第１の位相差素子２８ａと、をさらに備え、第１光学素子２５は、第１の位相差素子２８ａにより分配された励起光ＢＬの光線ＢＬｓを波長変換素子２７へ射出し、励起光ＢＬの光線ＢＬｐを拡散素子３０へ射出する偏光分離機能を有する。

この構成によれば、第１の位相差素子２８ａを回転させることにより、波長変換素子２７および拡散素子３０に向かう励起光ＢＬの分配比率を調整することができる。これにより、波長変換素子２７から射出される蛍光ＹＬの光量と拡散素子３０から射出される青色光ＢＬｓ１の光量との比を制御することができるので、照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）を制御することができる。

本実施形態の光源装置２において、波長変換素子２７は、励起光ＢＬの入射領域が時間的に変化しない固定型の波長変換素子である。

この構成によれば、固定型の波長変換素子２７を用いることで、光源装置２の小型化を図ることができる。

本実施形態のプロジェクター１は、光源装置２と、光源装置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射光学装置６と、を備える。

本実施形態のプロジェクター１によれば、大型化を抑制しつつ、高出力の照明光ＷＬを射出する光源装置２を備えるので、小型でありながら明るい画像を投射することができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態の光源装置について説明する。本実施形態の光源装置と第１実施形態の光源装置２との違いは第１光学素子に対する波長変換素子および拡散素子の位置関係である。以下では、第１光学素子に対する波長変換素子および拡散素子の位置関係を主に説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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４は本実施形態の光源装置２０２の概略構成を示す図である。
図４に示すように、本実施形態の光源装置２０２は、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１の位相差素子２８ａと、第１光学素子２２５と、第２光学素子２４と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

本実施形態において、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、第１の位相差素子２８ａと、拡散板２３と、第１光学素子２２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。また、拡散素子３０と、第２の集光光学系２９と、第２の位相差素子２８ｂと、第１光学素子２２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。

本実施形態の第１光学素子２２５は、第１の位相差素子２８ａにより分配された励起光ＢＬのＳ偏光成分（第１偏光成分）である光線ＢＬｓを反射して拡散素子３０へ射出し、励起光ＢＬのＰ偏光成分（第２偏光成分）である光線ＢＬｐを透過して波長変換素子２７へ射出する。本実施形態の第１光学素子２２５は蛍光ＹＬを、その偏光状態にかかわらず反射する。

本実施形態の場合、第１光学素子２２５から射出された励起光ＢＬのＳ偏光成分である光線ＢＬｓは、第２の位相差素子２８ｂによって、例えば、左回り円偏光の青色光ＢＬｃ３に変換された後、第２の集光光学系２９により集光されて拡散素子３０に入射する。

左回り円偏光の青色光ＢＬｃ３は、拡散素子３０によって拡散反射されることで、例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ４として射出され、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の位相差素子２８ｂに入射する。右回り円偏光の青色光ＢＬｃ４は、第２の位相差素子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、第１光学素子２５を透過してレンズインテグレーター３１に向けて反射される。

本実施形態の場合、蛍光体３４から射出された反射光Ｂｒのうち、Ｓ偏光成分である反射光Ｂｒｓは第１光学素子２５で反射される。したがって、青色光ＢＬｐ１、蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒｓは、第１光学素子２２５で合成されて照明光ＷＬ１を生成する。

本実施形態の場合、蛍光体３４から射出された反射光Ｂｒのうち、Ｐ偏光成分である反射光Ｂｒｐは第１光学素子２２５を透過して光源２０側に戻る。本実施形態によれば、第１光学素子２２５を透過した反射光Ｂｒｐの少なくとも一部を第２光学素子２４で反射し、波長変換素子２７に再び入射させることで蛍光ＹＬの励起に再利用することができる。

（第２実施形態の効果）
このように本実施形態の光源装置２０２においても、第１実施形態の光源装置２と同様、励起光ＢＬの迷光を抑制して波長変換素子２７で変換される蛍光ＹＬの光量を増加させることで装置構成の大型化を抑制しつつ、高出力の照明光ＷＬを射出することができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態の光源装置について説明する。本実施形態の光源装置と第１実施形態の光源装置２との違いは第２光学素子の配置である。以下では、第２光学素子の位置およびその構成を主に説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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５は本実施形態の光源装置３０２の概略構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態の光源装置２０２は、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１の位相差素子２８ａと、第２光学素子３２４と、第１光学素子２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

本実施形態の場合、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、第１の位相差素子２８ａと、拡散板２３と、第１光学素子２５と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０とは、光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。また、波長変換素子２７と、第１の集光光学系２６と、第２光学素子３２４と、第１光学素子２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。

本実施形態の第２光学素子３２４は、第１光学素子２５と波長変換素子２７との間における光路上に配置される。第２光学素子３２４は、開口３２４ａを有している。開口３２４ａの平面形状は、例えば、円形である。
第２光学素子３２４は、光源２０から射出された励起光ＢＬの主光束を遮らないように配置されている。本実施形態において、励起光ＢＬは第２光学素子３２４に設けられた開口３２４ａを経由して波長変換素子２７に入射する。これにより、励起光ＢＬは第２光学素子３２４で遮られることなく、波長変換素子２７に入射する。

第２光学素子３２４は、波長変換素子２７からの射出された光のうち励起光ＢＬの反射光Ｂｒの少なくとも一部を反射し、蛍光ＹＬを透過する。本実施形態の第２光学素子３２４は、反射光ＢｒのうちＳ偏光成分である反射光（第１偏光成分）Ｂｒｓを反射し、反射光ＢｒのうちＰ偏光成分であるの反射光（第２偏光成分）Ｂｒｐを透過する偏光分離機能を有する。第２光学素子３２４は、第１光学素子２５と同様のプレート型の偏光分離素子で構成されている。

本実施形態において、波長変換素子２７から射出された蛍光ＹＬは第２光学素子３２４を透過するので、第１光学素子２５において照明光ＷＬの生成に利用される。

一方、本実施形態において、波長変換素子２７から射出された励起光ＢＬの反射光Ｂｒが第２光学素子３２４に入射した際、反射光Ｂｒｓは第２光学素子３２４で反射されて第１の集光光学系２６を経由して波長変換素子２７に入射し、蛍光ＹＬの励起に再利用される。また、反射光Ｂｒｐは第２光学素子３２４を透過して第１光学素子２５に入射する。反射光Ｂｒｐは第１光学素子２５に対するＰ偏光成分であるため、第１光学素子２５を透過する。
なお、図示は省略するが、励起光ＢＬの反射光Ｂｒの一部は第２光学素子３２４の開口３２４ａを経由して第１光学素子２５に入射するが、反射光ＢｒのＰ偏光成分は第１光学素子２５を透過して照明光ＷＬとして利用される。

本実施形態において、第１光学素子２５は、拡散素子３０から入射する青色光ＢＬｓ１と、波長変換素子２７から入射する蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒｐと、を同一方向に向けて射出する。青色光ＢＬｓ１、蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒｐは、第１光学素子２５で互いに合成されて白色の照明光ＷＬを生成する。

ここで、仮に第２光学素子３２４をハーフミラーに置き換えた場合、第２光学素子３２４を透過した反射光Ｂｒに含まれる反射光Ｂｒｐは第１光学素子２５を透過して照明光ＷＬとして利用できるが、反射光Ｂｒｓは第１光学素子２５で反射されて光源２０側に戻されることで照明光ＷＬとして利用できない。

これに対して本実施形態の光源装置３０２によれば、第１光学素子２５と波長変換素子２７との光路上に偏光分離機能を有する第２光学素子３２４を設けることで、反射光Ｂｒｓを蛍光ＹＬの再励起に利用し、反射光Ｂｒｐを照明光ＷＬとして利用することができる。よって、本実施形態の光源装置３０２によれば、励起光ＢＬの迷光を抑制して波長変換素子２７で変換される蛍光ＹＬの光量を増加させることで装置構成の大型化を抑制しつつ、高出力の照明光ＷＬを射出することができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態の光源装置について説明する。本実施形態の光源装置と第１実施形態の光源装置２との違いは第１光学素子の構成である。以下では、第１光学素子およびこれに関連する構成を主に説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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６は本実施形態の光源装置４０２の概略構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の光源装置４０２は、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第２光学素子２４と、第１光学素子４２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

本実施形態の第１光学素子４２５は、励起光ＢＬに対して、一部を透過、他の一部を反射するハーフミラーである。本実施形態において、ハーフミラーとは励起光ＢＬの反射率と透過率との割合が等しい場合に限られない。すなわち、本実施形態の第１光学素子４２５は、光源２０から射出された励起光ＢＬのうち、一部を所定の比率で透過させ、他の一部を反射させる、光学素子である。例えば、励起光ＢＬの透過率が３０％の第１光学素子４２５は、励起光ＢＬの反射率が７０％となる。なお、第１光学素子４２５における励起光ＢＬの反射率と透過率との割合は、光源装置４０２において生成する照明光ＷＬの色味に応じて適宜選択される。

本実施形態の光源装置４０２は、ハーフミラーで構成された第１光学素子４２５を用いるため、第１実施形態の光源装置２と異なり、励起光ＢＬをＰ偏光成分またはＳ偏光成分に分配するための第１の位相差素子２８ａを省略できる。また、拡散素子３０側から射出される青色光の偏光状態を変換するための第２の位相差素子２８ｂも省略できる。

本実施形態の場合、第１光学素子４２５に入射した励起光ＢＬは、一部が透過光ＢＬ１として拡散素子３０側に入射し、一部の残りが反射光ＢＬ２として波長変換素子２７側に入射する。透過光ＢＬ１は拡散素子３０で拡散され、青色光ＢＬ３として第１光学素子４２５に再び入射する。第１光学素子４２５は、青色光ＢＬ３の一部を反射してレンズインテグレーター３１に向けて射出する。

また、第１光学素子４２５は、青色光ＢＬ３の他の一部である青色光ＢＬ４を透過して光源２０側に射出する。
本実施形態において、第１光学素子４２５から光源２０側に射出された青色光ＢＬ４は第２光学素子２４で反射され、第１光学素子４２５において拡散素子３０側に向かう成分と波長変換素子２７側に向かう成分とに分離される。よって、第１光学素子４２５から光源２０側に射出された青色光ＢＬ４の少なくとも一部が照明光の生成に効率良く利用される。

一方、反射光ＢＬ２は波長変換素子２７に入射する。波長変換素子２７は第１光学素子４２５に向けて蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒを射出する。第１光学素子４２５は、蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒの一部を透過してレンズインテグレーター３１に向けて射出する。また、第１光学素子４２５は、蛍光ＹＬおよび反射光Ｂｒの他の一部を反射して光源２０側に射出する。

本実施形態において、第１光学素子４２５から光源２０側に射出された反射光Ｂｒの一部である反射光Ｂｒ１は第２光学素子２４で反射され、第１光学素子４２５において拡散素子３０側に向かう成分と波長変換素子２７側に向かう成分とに分離される。よって、第１光学素子４２５から光源２０側に射出された反射光Ｂｒの少なくとも一部が照明光ＷＬの生成に効率良く利用される。

なお、図示は省略するが、第１光学素子４２５から光源２０側に射出された蛍光ＹＬは第２光学素子２４で反射され、第１光学素子４２５において拡散素子３０側に向かう成分と波長変換素子２７側に向かう成分とに分離される。拡散素子３０側に向かった蛍光ＹＬは、拡散素子３０で拡散反射されることで第１光学素子４２５に再び入射し、一部が反射されて照明光の一部として利用される。なお、拡散素子３０から射出されて第１光学素子４２５を透過した蛍光ＹＬは再び第２光学素子２４で反射されて同様の光路を経由することで、やがて、その少なくとも一部が照明光として取り出される。

また、波長変換素子２７側に向かった蛍光ＹＬは、波長変換素子２７で拡散反射されることで第１光学素子４２５に再び入射し、一部が透過されて照明光の一部として利用される。なお、波長変換素子２７から射出されて第１光学素子４２５で反射された蛍光ＹＬは再び第２光学素子２４で反射されて同様の光路を経由し、やがて、その少なくとも一部が照明光として取り出される。

このように本実施形態の光源装置４０２によれば、位相差素子を省略することでコスト低減を図りつつ、青色光ＢＬ３と蛍光ＹＬと反射光Ｂｒとを含む明るい照明光ＷＬ２を生成できる。

（第５実施形態）
続いて、第５実施形態の光源装置について説明する。本実施形態の光源装置と第１実施形態の光源装置２との違いは波長変換素子の構造である。以下では、波長変換素子の構成を主に説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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は本実施形態の光源装置５０２の概略構成を示す図である。
図７に示すように、光源装置５０２は、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１の位相差素子２８ａと、第２光学素子２４と、第１光学素子２５と、第２光学素子２４と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子５２７と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

本実施形態の波長変換素子５２７は、基板５３５と、蛍光体（波長変換層）５３４と、反射層５３７と、モーター５２８とを備えている。本実施形態の波長変換素子５２７は、励起光ＢＬの入射領域が時間的に変化する動型の波長変換素子である。

基板５３５は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成されている。基板５３５は、モーター５２８に固定されることで、回転軸Ｏの周りに回転可能である。なお、基板５３５としては、例えば円板が用いられるが、基板５３５の形状は円板に限定されず、平板であればよい。

基板５３５の表面５３５ａには、蛍光体５３４がリング状に形成されている。反射層５３７は、基板５３５の表面５３５ａと蛍光体５３４との間にリング状に配置されている。なお、基板５３５の表面５３５ａと反対に裏面に放熱性を高める放熱フィンを設けてもよい。

本実施形態の光源装置５０２によれば、動型の波長変換素子５２７を備えるため、基板５３５を回転させることで蛍光体５３４における励起光ＢＬの入射位置を時間的に変化させることができる。これにより、蛍光体５３４の同じ部分に励起光ＢＬが常時照射され、蛍光体５３４が局所的に加熱されて劣化や蛍光変換効率の低下を抑制した信頼性の高い光源装置５０２を提供できる。

（第６実施形態）
続いて、第６実施形態の光源装置について説明する。本実施形態の光源装置と第１実施形態の光源装置２との違いは第２光学素子の形状である。以下では、第２光学素子の位置およびその構成を主に説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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８は本実施形態の光源装置６０２の概略構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態の光源装置６０２は、光源２０と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１の位相差素子２８ａと、第２光学素子６２４と、第１光学素子２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

本実施形態の第２光学素子６２４は、光軸ａｘ１を中心軸とする円錐筒状のミラーで構成される。第２光学素子６２４は、光軸ａｘ１に沿って並ぶ第１開口端６２４ａおよび第２開口端６２４ｂを含む。第１開口端６２４ａは光源２０側に位置し、第２開口端６２４ｂは第１光学素子２５側に位置する。第２開口端６２４ｂの開口径は、第１開口端６２４ａの開口径よりも大きい。これにより、第２光学素子６２４は、光源２０から第１光学素子２５側に向かって、次第に光軸ａｘ１から離れるように傾斜する反射面６２５を有している。

第２光学素子６２４は、光源２０から射出された励起光ＢＬの主光束を遮らないように配置されている。本実施形態において、励起光ＢＬは第２光学素子６２４に設けられた第１開口端６２４ａおよび第２開口端６２４ｂを経由して波長変換素子２７に入射する。これにより、励起光ＢＬは第２光学素子３２４で遮られることなく、波長変換素子２７に入射する。

本実施形態において、第１光学素子２５で反射された反射光Ｂｒの一部である反射光Ｂｒｓは第２光学素子６２４に入射する。第２光学素子６２４は反射光Ｂｒｓの少なくとも一部を波長変換素子２７に向けて反射する。第２光学素子６２４は、上述のように光源２０側に向かって光軸ａｘ１に近づくように傾斜する反射面６２５を有する。そのため、第２光学素子６２４の反射面６２５に入射した反射光Ｂｒは、光軸ａｘ１に近づく方向に反射される。すなわち、第２光学素子６２４は、反射光Ｂｒｓを集光させるように波長変換素子２７側に射出する。

第２光学素子６２４で反射された反射光Ｂｒｓは集光した状態で波長変換素子２７側に射出されるため、波長変換素子２７の光入射面である蛍光体３４の表面３４ａよりも手前で焦点Ｐを結ぶ。よって、反射光Ｂｒｓは焦点Ｐよりも拡がった状態で蛍光体３４の表面３４ａに入射する。一方、波長変換素子２７に入射する励起光ＢＬは波長変換素子２７の入射面である蛍光体３４の表面３４ａで集光するように、光源２０から射出される。

図９Ａは蛍光体３４の表面３４ａに入射する各光の強度分布を示した図である。図９Ｂは図９Ａにおける各光の強度分布を合成した強度分布を示した図である。
図９Ａに示すように、励起光ＢＬは表面３４ａで集光するように蛍光体３４に入射するため、照明光軸ａｘ２上に強度分布のピークＰ１を持つ。これに対して、反射光Ｂｒｓは、上述のように表面３４ａの手前で焦点Ｐを結び、表面３４ａの手前で集光するように蛍光体３４に入射するため、照明光軸ａｘ２から離れた位置に強度分布のピークＰ２を持つ。

本実施形態の場合、図９Ａに示すように、第２光学素子６２４は光軸ａｘ１を中心軸とした円錐筒状の反射面６２５を有するので、反射光Ｂｒｓによる強度分布のピークＰ２は、励起光ＢＬのピークＰ１の両側に等距離だけ離れて形成される。反射光Ｂｒｓの一部は励起光ＢＬの周囲と重なる。
すなわち、本実施形態において、第２光学素子６２４は、波長変換素子２７から射出した励起光ＢＬの反射光Ｂｒｓを、波長変換素子２７の入射面である蛍光体３４の表面３４ａにおいて、反射光Ｂｒｓの強度分布のピークＰ２が光源２０からの励起光ＢＬの強度分布のピークＰ１からずれて位置するように、入射させる。

本実施形態の第２光学素子６２４によれば、励起光ＢＬの強度分布のピークＰ１と反射光Ｂｒｓの強度分布のピークＰ２とをずらすことで、図９Ｂに示すように、蛍光体３４の表面３４ａに対して励起光として入射する光の強度分布の均一性を向上させることができる。

本実施形態によれば、円錐筒状の第２光学素子６２４を用いることで、蛍光体３４に入射する光の強度分布の均一性を向上させることで、蛍光体３４の熱による劣化を抑制できる。また、蛍光変換効率の低下を抑制することで明るい照明光を生成することができる。

（第７実施形態）
続いて、第７実施形態の光源装置について説明する。本実施形態の光源装置と第１実施形態の光源装置２との違いは第２光学素子の配置である。以下では、第２光学素子の位置およびその構成を主に説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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１０は本実施形態の光源装置７０２の概略構成を示す図である。
図１０に示すように、本実施形態の光源装置７０２は、光源２０と、第２光学素子７２４と、アフォーカル光学系２２と、拡散板２３と、第１の位相差素子２８ａと、第１光学素子２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、第２の位相差素子２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散素子３０と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

光源２０から射出された励起光ＢＬは、２つの発光素子２０ａから射出された２本の光線Ｅを含む。すなわち、励起光ＢＬは２本の光線Ｅで構成される。

第２光学素子７２４は、光源２０とアフォーカル光学系２２との間に配置されている。本実施形態の第２光学素子７２４は、光源２０の近傍に配置されている。第２光学素子７２４は、励起光ＢＬを構成する各光線Ｅを通過させるための２つの開口７２４ａを有している。開口７２４ａの開口径は、光線Ｅを遮らない大きさに設定される。なお、開口７２４ａの平面形状は、光線Ｅの断面に対応した形状、例えば、楕円状や矩形状に設定するのが好ましい。

本実施形態において、第２光学素子７２４は、アフォーカル光学系２２により励起光ＢＬの光束径が小さくなる前段に配置されるが、励起光ＢＬを構成する各光線Ｅに対応した開口７２４ａを設けることで、第２光学素子７２４の全体に占める開口の割合を小さくできる。このように第２光学素子７２４における開口面積が小さくなることで、第２光学素子７２４によってより多くの反射光Ｂｒｓを波長変換素子２７側に反射することができる。

本実施形態によれば、第２光学素子７２４の設置位置が光源２０の近傍に制約された場合であっても、反射光Ｂｒｓを効率良く波長変換素子２７側に入射することで励起光ＢＬを効率良く利用可能となる。

（第８実施形態）
続いて、第８実施形態の光源装置について説明する。なお、上記実施形態と共通の部材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１１は本実施形態の光源装置８０２の概略構成を示す図である。
図１１に示すように、本実施形態の光源装置８０２は、光源８２０と、集光光学系２１と、拡散板２３と、第２光学素子２４と、第１光学素子８２５と、第１の集光光学系２６と、波長変換素子２７と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

本実施形態の場合、光源８２０と、集光光学系２１と、拡散板２３と、第２光学素子２４と、第１光学素子８２５とは、光源８２０の光軸ａｘ３上に順次並んで配置されている。また、波長変換素子２７と、第１の集光光学系２６と、第１光学素子８２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。

本実施形態の光源８２０は、第１光源部８２０Ａと、第２光源部８２０Ｂと、光束縮小部８２１と、を有する。第１光源部８２０Ａおよび第２光源部８２０Ｂは、第１実施形態の光源２０と同様の構成を有しており、各々が射出する光の偏光方向が異なっている。すなわち、第１光源部８２０Ａおよび第２光源部８２０Ｂは、複数の発光素子２０ａおよびコリメートレンズ２０ｂを含み、青色波長帯を有する平行光束として光線束Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ射出する。光束縮小部８２１は、ミラー８２１ａと、偏光分離ミラー８２１ｂとを含む。

ミラー８２１ａは、第１光源部８２０Ａから射出された光線束Ｂ１を偏光分離ミラー８２１ｂに向けて反射する。本実施形態において、第１光源部８２０Ａから射出された光線束Ｂ１は偏光分離ミラー８２１ｂに対するＳ偏光成分の光である。光線束Ｂ１は、偏光分離ミラー８２１ｂで反射されて集光光学系２１側に射出される。

本実施形態において、第２光源部８２０Ｂから射出された光線束Ｂ２は偏光分離ミラー８２１ｂに対するＰ偏光成分の光である。光線束Ｂ２は偏光分離ミラー８２１ｂを透過して集光光学系２１側に射出される。

このようにして本実施形態の光源８２０は、光束縮小部８２１によって光線束Ｂ１および光線束Ｂ２の光束幅を小さくて集光光学系２１に射出することができる。本実施形態の光源装置８０２では、光線束Ｂ１および光線束Ｂ２を含む励起光ＢＬを光源８２０から射出するようになっている。

集光光学系２１は少なくとも一つのレンズを含み、励起光ＢＬを集光させた状態で波長変換素子２７側に射出する。集光光学系２１を経由した励起光ＢＬは拡散板２３および第２光学素子２４を経由して第１光学素子８２５に入射する。

本実施形態の第１光学素子８２５は、透光性基板８２５ａと、光学層８２５ｂとを含む。透光性基板８２５ａは、少なくとも蛍光ＹＬおよび励起光ＢＬの波長帯を有する光に対して光透過性を有する基板である。光学層８２５ｂは、励起光ＢＬの波長帯を有する光を反射し、蛍光ＹＬの波長帯を有する光を反射するダイクロイックミラーで構成される。光学層８２５ｂは、透光性基板８２５ａ上における一部の領域に設けられている。光学層８２５ｂは、光軸ａｘ３および照明光軸ａｘ２上に設けられている。

第２光学素子２４を経由した励起光ＢＬは第１光学素子８２５の光学層８２５ｂで反射されて波長変換素子２７に入射する。波長変換素子２７から射出された蛍光ＹＬは第１の集光光学系２６を経由して第１光学素子８２５に入射する。蛍光ＹＬは第１光学素子８２５を透過してレンズインテグレーター３１に入射する。

一方、波長変換素子２７から射出された励起光ＢＬの反射光Ｂｒは第１の集光光学系２６を経由して第１光学素子８２５に入射する。このとき、第１光学素子８２５における光学層８２５ｂと異なる領域に入射した反射光Ｂｒの一部は透光性基板８２５ａを透過して第１光学素子８２５に入射する。

また、第１光学素子８２５のうち光学層８２５ｂに入射した反射光Ｂｒの一部は光源８２０側に反射される。第１光学素子８２５で反射された反射光Ｂｒの一部は第２光学素子２４で反射され、第１の集光光学系２６を経由して波長変換素子２７に入射することで蛍光ＹＬの再励起に利用される。

本実施形態では、集光光学系２１により励起光ＢＬの光束幅を縮小した状態とするため、光学層８２５ｂのサイズを小型化している。これにより、反射光Ｂｒのうち光学層８２５ｂに入射して光源８２０側に射出される光量を抑えて、励起光ＢＬの一部を照明光の青色光として効率良く利用することができる。

本実施形態の光源装置８０２によれば、上記実施形態と異なり、拡散素子３０を設けない構成においても、波長変換素子２７から射出される蛍光ＹＬと励起光ＢＬの反射光Ｂｒの一部とを利用することで照明光ＷＬ３を生成することができる。また、本実施形態の光源装置８０２によれば、第２光学素子２４によって励起光ＢＬの反射光Ｂｒを蛍光ＹＬの再励起に利用可能となるので、励起光ＢＬの迷光を抑制して波長変換素子２７で変換される蛍光ＹＬの光量を増加させることで装置構成の大型化を抑制しつつ、高出力の照明光を射出することができる。

なお、本発明の一実施形態を例示して説明したが、本発明は上記実施形態のものに必ずしも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、上記実施形態では、励起光ＢＬの正反射成分を低減するために散乱体Ｋを蛍光体３４内に設ける場合を例に挙げたが、蛍光体３４の表面３４ａに例えば、球状や角錐状の複数の凹凸を含む散乱構造を設けてもよい。

また、第２光学素子を配置する位置は上記実施形態に限定されず、例えば、アフォーカル光学系２２を構成する凸レンズ２２ａと凹レンズ２２ｂとの間に配置されてもよい。あるいは、拡散素子３０とアフォーカル光学系２２との間に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

また、上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに応用する例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を自動車用ヘッドライトなどの照明器具にも適用することができる。

本発明の態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、励起光を射出する光源と、反射層と、反射層の入射側に設けられて励起光を波長変換して励起光と異なる波長帯の波長変換光を生成する波長変換層と、を有する波長変換素子と、光源からの励起光を波長変換素子へ入射させる第１光学素子と、光源と波長変換素子との間における光路上に配置され、波長変換素子から射出された励起光の反射光の少なくとも一部を波長変換素子に向けて射出する第２光学素子と、を備える。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学素子は、光源から射出された励起光の主光束の周囲に配置される構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、光源と第１光学素子との間における光路上に配置され、励起光の光束径を小さくする縮小光学系をさらに備え、第２光学素子は開口を有し、縮小光学系により光束径が小さくなった励起光の周囲に開口を位置させるように配置される構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学素子は、第１光学素子と波長変換素子との間における光路上に配置され、波長変換素子からの射出された光のうち励起光の反射光の少なくとも一部を反射し、波長変換光を透過する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学素子は、反射光のうち第１偏光成分を反射し、反射光のうち第２偏光成分を透過する偏光分離機能を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第２光学素子は、波長変換素子から射出した励起光の反射光を、波長変換素子の入射面において、反射光の強度分布のピークが光源からの励起光の強度分布のピークからずれて位置するように、入射させる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１光学素子における波長変換素子の反対側に配置され、光源からの励起光の一部を拡散させる拡散素子と、光源と第１光学素子との間に配置され、光源からの励起光を第１偏光成分と第２偏光成分とに分配する位相差素子と、をさらに備え、第１光学素子は、位相差素子により分配された励起光の第１偏光成分を波長変換素子へ射出し、励起光の第２偏光成分を拡散素子へ射出する偏光分離機能を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、第１光学素子は、光源から射出された励起光のうち、一部を所定の比率で透過させ、他の一部を反射させる、光学素子である構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置において、波長変換素子は、励起光の入射領域が時間的に変化しない固定型の波長変換素子である構成としてもよい。

波長変換素子は、励起光の入射領域が時間的に変化する動型の波長変換素子である構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の上記態様の光源装置と、光源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、光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。

１…プロジェクター、２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学装置、２０，８２０…光源、２２…アフォーカル光学系（縮小光学系）、２４，３２４，６２４，７２４…第２光学素子、２４ａ，３２４ａ，７２４ａ…開口、２５，２２５，４２５，８２５…第１光学素子、２７，５２７…波長変換素子、２８ａ…第１の位相差素子（位相差素子）、３０…拡散素子、３４，５３４…蛍光体（波長変換層）、３７，５３７…反射層、ＢＬ…励起光、Ｂｒ…反射光、Ｐ１…ピーク（励起光の強度分布のピーク）、Ｐ２…ピーク（反射光の強度分布のピーク）、ＹＬ…蛍光（波長変換光）、Ｂｒｓ…反射光（第１偏光成分）、Ｂｒｐ…反射光（第２偏光成分）。

Claims (11)

1. 励起光を射出する光源と、
   反射層と、前記反射層の入射側に設けられて前記励起光を波長変換して前記励起光と異なる波長帯の波長変換光を生成する波長変換層と、を有する波長変換素子と、
   前記光源からの前記励起光を前記波長変換素子へ入射させる第１光学素子と、
   前記光源と前記波長変換素子との間における光路上に配置され、前記波長変換素子から射出された前記励起光の反射光の少なくとも一部を前記波長変換素子に向けて射出する第２光学素子と、を備える
   光源装置。
2. 前記第２光学素子は、前記光源から射出された前記励起光の主光束の周囲に配置される
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源と前記第１光学素子との間における光路上に配置され、前記励起光の光束径を小さくする縮小光学系をさらに備え、
   前記第２光学素子は開口を有し、前記縮小光学系により光束径が小さくなった前記励起光の周囲に前記開口を位置させるように配置される
   請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第２光学素子は、前記第１光学素子と前記波長変換素子との間における光路上に配置され、前記波長変換素子からの射出された光のうち前記励起光の前記反射光の少なくとも一部を反射し、前記波長変換光を透過する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第２光学素子は、前記反射光のうち第１偏光成分を反射し、前記反射光のうち第２偏光成分を透過する偏光分離機能を有する
   請求項４に記載の光源装置。
6. 前記第２光学素子は、前記波長変換素子から射出した前記励起光の反射光を、前記波長変換素子の入射面において、前記反射光の強度分布のピークが前記光源からの前記励起光の強度分布のピークからずれて位置するように、入射させる
   請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記第１光学素子における前記波長変換素子の反対側に配置され、前記光源からの前記励起光の一部を拡散させる拡散素子と、
   前記光源と前記第１光学素子との間に配置され、前記光源からの前記励起光を第１偏光成分と第２偏光成分とに分配する位相差素子と、をさらに備え、
   前記第１光学素子は、前記位相差素子により分配された前記励起光の前記第１偏光成分を前記波長変換素子へ射出し、前記励起光の前記第２偏光成分を前記拡散素子へ射出する偏光分離機能を有する
   請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記第１光学素子は、前記光源から射出された前記励起光のうち、一部を所定の比率で透過させ、他の一部を反射させる、光学素子である
   請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記波長変換素子は、前記励起光の入射領域が時間的に変化しない固定型の波長変換素子である
   請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
10. 前記波長変換素子は、前記励起光の入射領域が時間的に変化する動型の波長変換素子である
    請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の光源装置。
11. 請求項１から請求項１０まで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射光学装置と、を備える
    プロジェクター。

Images