JP5673247B2 - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。

従来、複数の固体光源と、前記複数の固体光源からの光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、前記複数のコリメーターレンズからの光を集光する集光光学系とを備える光源装置が知られている（例えば、特許文献１）。従来の光源装置によれば、複数の固体光源を備えるため、高輝度の光を射出することが可能となる。

しかしながら、従来の光源装置においては、複数の固体光源からの光を扱うために後段の光学要素（集光光学系、インテグレーター光学系等）が大型化し、光源装置の小型化及び軽量化が困難となるという問題がある。

図９は、先願に係るプロジェクター９００の光学系を示す上面図である。符号９０１で示すのは照明装置であり、符号９０２で示すのは光源装置である。
本発明の発明者は、上記問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、従来の光源装置の構成に加え、例えば図９に示すように、「複数のコリメーターレンズ９３２からの光（つまり、固体光源アレイ９２０からの光）を、光軸の間隔が狭くなるように反射する反射部９４０」をさらに備える光源装置とすることに想到し、既に特願２０１０−２６８０９１号として出願した。当該先願に係る光源装置によれば、従来の光源装置と比較して、後段の光学要素に入射する光における光軸の間隔を狭くすることが可能となり、その結果、後段の光学要素の大型化を抑制し、従来の光源装置よりも光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

ところで、固体光源に蛍光層を組み合わせて所望の色光を得ることは広く知られている。しかしながら、従来の光源装置のように複数の固体光源を備える光源装置に蛍光層を適用する場合、蛍光層に過大な熱的負荷を与えてしまい、蛍光層の劣化や焼損により寿命を短くしてしまうことがある。この場合、例えば、蛍光層に入射する光の単位面積当たりの光強度（以下、「単位面積当たりの光強度」を単に「光強度」という。）が、局所的に３００Ｗ／ｍｍ^２を大きく超えてしまうこともある（後述する図６（ｄ）参照。）。本発明の発明者は、上記の先願において、その解決方法についても言及している。

具体的には、図９に示すように、「集光光学系９５０の後段に配置され、集光光学系９５０からの光を略平行化する後段コリメーター光学系９６１と、後段コリメーター光学系９６１からの光の面内光強度分布を均一化するホモジナイザー９６２と、ホモジナイザー９６２からの光を集光する後段集光光学系９６６」のような追加の光学要素を用いることで、蛍光層（図９においては符号９７４で示す）に入射する光のピーク強度を低減することが可能となる。その結果、蛍光層に与える熱的負荷を抑制することが可能となり、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能となる。

特開２０１０−７８９７５号公報

しかしながら、上記のような光源装置においては、固体光源からの光が蛍光層に到達するまでに多くの光学要素を経るため、光利用効率が低下してしまうという問題がある。また、光源装置を構成する光学要素の数が多くなるため、当初の目的であった光源装置の小型化及び軽量化も困難になる場合があるという問題がある。

そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能であり、かつ、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置を提供することを目的とする。また、上記のような光源装置を備え、光利用効率が高く、また、小型化及び軽量化が可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

［１］本発明の光源装置は、複数の固体光源と、前記複数の固体光源からの光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、前記複数のコリメーターレンズからの光を集光する集光光学系と、前記集光光学系からの光のうち、少なくとも一部から蛍光を生成する蛍光層とを備える光源装置であって、前記複数のコリメーターレンズから前記蛍光層までの光路中に、少なくとも１つのアナモフィック面を備え、前記複数の固体光源は、前記複数のコリメーターレンズの焦点位置とは、光軸方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする。

このため、本発明の光源装置によれば、複数のコリメーターレンズから蛍光層までの光路中に少なくとも１つのアナモフィック面を備え、複数の固体光源が複数のコリメーターレンズの焦点位置と光軸方向に異なる位置に配置されているため、後述する各実施形態に示すように、蛍光層に入射する光のピーク強度（蛍光層に入射する光における光強度のうち最も高い強度）を低減することが可能となる。その結果、蛍光層に与える熱的負荷を抑制することが可能となり、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能となる。

また、本発明の光源装置によれば、蛍光層に入射する光のピーク強度の低減を、先願に係る光源装置のように追加の光学要素を用いることなく、アナモフィック面を用いること及び固体光源とコリメーターレンズとの位置関係を調節することで行うため、固体光源からの光が蛍光層に到達するまでに多くの光学要素を経ることがないことから、光利用効率の低下を抑制可能となる。また、光源装置を構成する光学要素の数が多くなることもないため、光源装置の小型化及び軽量化が困難となることもない。

したがって、本発明の光源装置は、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能であり、かつ、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

また、本発明の光源装置によれば、従来の光源装置と同様に、複数の固体光源を備えるため、高輝度の光を射出することが可能となる。

なお、「アナモフィック面」とは、ある方向（例えば縦方向）の曲率と、他の方向（例えば横方向）の曲率とが異なる面のことを言う。本発明の光源装置においては、レンズの入射面、レンズの射出面、ミラーの反射面等、光を通過させる面又は光を反射する面であれば、いずれの面にアナモフィック面を備えていてもよい。また、複数のアナモフィック面を備えていてもよい。

［２］本発明の光源装置においては、前記集光光学系は第１の集光レンズを備え、前記第１の集光レンズの射出面又は入射面のうち少なくとも一面はアナモフィック面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

［３］本発明の光源装置においては、前記集光光学系は、１枚の集光レンズからなり、前記集光レンズの射出面がアナモフィック面からなり、前記集光レンズの入射面は、回転対称系の非球面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、回転対称系の非球面からなる入射面を用いて、蛍光層に入射する光の入射具合を調整することが可能となる。
本発明の光源装置においては、前記複数のコリメーターレンズから前記集光光学系までの光路中に、前記複数のコリメーターレンズからの光を光軸の間隔が狭くなるように反射する反射部をさらに備えることが好ましい。
このような構成とすることにより、先願に係る光源装置と同様に、従来の光源装置と比較して、後段の光学要素に入射する光における光軸の間隔を狭くすることが可能となる。その結果、後段の光学要素の大型化を抑制し、従来の光源装置よりも光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

［４］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック面は、前記光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線を有するシリンドリカル面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、比較的簡易な構成で、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

なお、「シリンドリカル面」とは、母線方向に沿う曲率が０である面であり、アナモフィック面の一種である。

［５］本発明の光源装置においては、前記反射部は、ストライプ状に形成され、前記光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な方向に沿う複数の反射面を有し、前記反射面は、アナモフィック面からなることが好ましい。

このような構成とすることによっても、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

また、このような構成とすることにより、ストライプ状に形成された各反射面の位置を調整することにより光路を制御し、後段の光学要素に入射する光における光軸の間隔を狭くすることが可能となるため、光源装置の設計を容易にすることが可能となる。

なお、本発明の光源装置においては、後述する実施形態に示すように、上記［２］に記載した「射出面又は入射面のうち少なくとも一方はアナモフィック面からなる集光レンズ」と、上記［５］に記載した「アナモフィック面からなる反射面を有する反射部」との両方を備えることが一層好ましい。

［６］本発明の光源装置においては、前記アナモフィック面は、前記光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線を有するシリンドリカル面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、比較的簡易な構成で、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

［７］本発明の光源装置においては、前記蛍光層は、前記集光光学系の焦点位置とは、光軸方向に異なる位置に配置されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、蛍光層に与える熱的負荷を一層抑制することが可能となり、蛍光層の劣化や焼損を抑制して一層寿命を長くすることが可能となる。

［９］本発明の光源装置においては、前記固体光源は、半導体レーザーからなることが好ましい。

半導体レーザー（レーザーダイオードともいう。）は小型で高出力であるため、このような半導体レーザーを高密度で集積することにより、小型で高出力な光源装置とすることが可能となる。

また、半導体レーザーが射出するレーザーは可干渉性が高く、後段の光学要素に到達するまでに散逸しにくいため、光利用効率を高くすることが可能となる。

［１０］本発明のプロジェクターは、本発明の光源装置を備える照明装置と、前記照明装置からの光を変調する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクターによれば、本発明の光源装置を備えるため、光利用効率が高く、また、小型化及び軽量化が可能となる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す上面図。 実施形態１に係る光源装置１０を説明するために示す図。 実施形態１における固体光源アレイ２０を説明するために示す図。 実施形態１における固体光源２４の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフ。 実施形態１における蛍光層６４に入射する青色光の光強度を示すグラフ及び蛍光層６４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図。 比較例１に係る光源装置１０ａを説明するために示す図。 実施形態２に係る光源装置１２を説明するために示す図。 実施形態３に係る光源装置１４を説明するために示す図。 先願に係るプロジェクター９００の光学系を示す上面図。

以下、本発明の光源装置及びプロジェクターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るプロジェクター１０００の光学系を示す上面図である。
図２は、実施形態１に係る光源装置１０を説明するために示す図である。図２（ａ）は実施形態１に係る光源装置１０の上面図であり、図２（ｂ）は実施形態１に係る光源装置１０の側面図である。
図３は、実施形態１における固体光源アレイ２０を説明するために示す図である。

図４は、実施形態１における固体光源２４の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。図４（ａ）は固体光源２４の発光強度特性を示すグラフであり、図４（ｂ）は蛍光層６４が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を１としている。グラフの横軸は波長を表す。

図５は、実施形態１における蛍光層６４に入射する青色光の光強度を示すグラフ及び蛍光層６４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。図５（ａ）は蛍光層６４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図５（ｂ）は蛍光層６４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。なお、図５（ａ）の縦軸は、蛍光層６４に入射する青色光の光強度を表す。横軸は、照明光軸１００ａｘからの距離を表す。光強度の単位は「Ｗ／ｍｍ^２」であり、照明光軸からの距離の単位は「ｍｍ」である。単位については後述する図６（ｃ）、図７（ｃ）及び図８（ｃ）においても同様である。また、図５（ｂ）においては、白に近い色であるほど入射する光（青色光）の強度が大きい。後述する図６（ｄ）、図７（ｄ）及び図８（ｄ）においても同様である。

なお、各図面においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸方向（図１における照明光軸１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（図１における紙面に平行かつｚ軸に垂直な方向）及びｙ軸方向（図１における紙面に垂直かつｚ軸に垂直な方向）として表示する。

実施形態１に係るプロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００とを備える。
照明装置１００は、実施形態１に係る光源装置１０と、レンズインテグレーター光学系１１０とを備える。照明装置１００は、照明光として赤色光、緑色光及び青色光を含む光（つまり、白色光として用いることができる光）を射出する。

光源装置１０は、図１及び図２に示すように、複数の固体光源２４を有する固体光源アレイ２０と、複数のコリメーターレンズ３２を有するコリメーターレンズアレイ３０と、
反射部４０と、集光光学系５０と、蛍光生成部６０と、コリメーター光学系７０とを備える。

固体光源アレイ２０は、図３に示すように、複数の固体光源２４を有する固体光源アレイであり、具体的には、基板２２及び青色光を生成する３５個の固体光源２４を有する。固体光源アレイ２０においては、３５個の固体光源２４は５行７列のマトリクス状に配置されており、コリメーターレンズアレイ３０の焦点位置とは光軸方向（ｘ軸方向）に異なる位置（つまり、デフォーカスとなる位置）に配置されている。
なお、本発明のプロジェクターにおいては、固体光源の数は複数（２個以上）であればよく、３５個に限定されるものではない。また、各固体光源は離散的に配置されていてもよい。

基板２２は、固体光源２４を搭載する機能を有する。詳細な説明は省略するが、基板２２は、固体光源２４に対する電力の供給を仲介する機能や、固体光源２４で発生する熱を放熱する機能等を併せて有する。

固体光源２４は、青色光（発光強度のピーク：約４６０ｎｍ、図４（ａ）参照。）を生成する半導体レーザーからなる。当該半導体レーザーは、図３に示すように、長方形形状の発光領域を有し、発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成されている。

コリメーターレンズアレイ３０は、図１及び図２（ａ）に示すように、３５個の固体光源２４で生成された光をそれぞれ略平行化する３５個のコリメーターレンズ３２（端部の１つにのみ符号を図示）を有する。図示による説明は省略するが、３５個のコリメーターレンズ３２は、３５個の固体光源２４に対応するように、５行７列のマトリクス状に配置されている。コリメーターレンズ３２は、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる。
なお、各コリメーターレンズは離散的に配置されていてもよい。

反射部４０は、図１及び図２に示すように、コリメーターレンズアレイ３０からの光を光軸の間隔が狭くなるように集光光学系５０へ向けて反射する。反射部４０は、ストライプ状に形成され、光軸の間隔を狭くする方向（ｘ軸方向）に対して垂直な方向（ｙ軸方向）に沿う７個の反射面４２を備える。
反射面４２は、光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線（ｙ軸方向に沿う母線）を有するシリンドリカル面からなる。

集光光学系５０は、図１及び図２に示すように、１枚の集光レンズからなり、反射部４０を経由してきたコリメーターレンズアレイ３０からの光を所定の集光位置に集光する。集光光学系５０を構成する集光レンズは本発明における第１の集光レンズである。
集光光学系５０は、入射面５２が回転対称系の非球面からなり、射出面５４が、光軸の間隔を狭くする方向（ｘ軸方向）に対して垂直な母線（ｙ軸方向に沿う母線）を有するシリンドリカル面からなる。

蛍光生成部６０は、集光光学系５０からの青色光の一部から赤色光（発光強度のピーク：約６１０ｎｍ）及び緑色光（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）を含む蛍光を生成する（図４（ｂ）参照。）蛍光層６４を有する。また、蛍光層６４を担持する透明部材６２を有する。蛍光生成部６０は、蛍光の生成に関わることなく蛍光層６４を通過する青色光を蛍光（赤色光及び緑色光）とともに含む光（つまり、白色光として用いることが可能な光）を射出する。蛍光生成部６０は、全体として正方形の板状の形状を有し、所定の位置（図１及び図２参照。）に固定されている。

透明部材６２は、少なくとも集光光学系５０からの光（青色光）を通過させる。透明部材６２は、例えば、光学ガラスからなる。なお、透明部材上に、集光光学系からの光を通過させ、蛍光を反射する層（例えば、誘電体多層膜）が形成されていてもよい。

蛍光層６４は、集光光学系５０の焦点位置とは光軸方向に異なる位置（つまり、デフォーカスとなる位置）に配置されている。
蛍光層６４には、反射部４０が備えるアナモフィック面（シリンドリカル面）と集光光学系５０が備えるアナモフィック面と、固体光源２４とコリメーターレンズ３２との前述したような位置関係と、により、図５に示すようにピーク強度が低減された光が入射する。このときのピーク強度は、約６５Ｗ／ｍｍ^２である。

蛍光層６４は、ＹＡＧ系蛍光体からなる。なお、蛍光層としては、他の蛍光体（シリケート系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体等）を含有する蛍光層を用いることもできる。また、蛍光層として、青色光を赤色光に変換する蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ_３赤色蛍光体）と、青色光を緑色光に変換する蛍光体（例えばβサイアロン緑色蛍光体）とを含有する蛍光層を用いることもできる。
なお、蛍光の生成に関わることなく蛍光層６４を通過する一部の青色光は、蛍光とともに射出される。このとき、青色光は蛍光層６４中で散乱又は反射されるため、蛍光とほぼ同様の分布（いわゆるランバーシャン分布）特性を有する光として蛍光生成部６０から射出される。

コリメーター光学系７０は、蛍光生成部６０からの光を略平行化する。コリメーター光学系７０は、図１及び図２に示すように、第１レンズ７２及び第２レンズ７４を備える。第１レンズ７２及び第２レンズ７４は、両凸レンズからなる。

レンズインテグレーター光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。
なお、レンズインテグレーター光学系の代わりに、インテグレーターロッドを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。

第１レンズアレイ１２０は、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。第１レンズアレイ１２０は、光源装置１０からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数の第１小レンズ１２２が照明光軸１００ａｘと直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。図示による説明は省略するが、第１小レンズ１２２の外形形状は、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の外形形状に関して略相似形である。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０における複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、各第１小レンズ１２２の像を液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。第２レンズアレイ１３０は、複数の第２小レンズ１３２が照明光軸１００ａｘに直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光からなる光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子１４０は、光源装置１０からの光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し、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘ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照明光軸１００ａｘ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。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。重畳レンズ１５０は、重畳レンズ１５０の光軸と照明光軸１００ａｘとが略一致するように配置されている。なお、重畳レンズは、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０，２２０、反射ミラー２３０，２４０，２５０及びリレーレンズ２６０，２７０を備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離するとともに、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する機能を有する。
色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０，２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されている。
ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させる。
ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させる。

ダイクロイックミラー２１０で反射された赤色光は、反射ミラー２３０でさらに反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２１０を青色光とともに通過した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光は、リレーレンズ２６０、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。リレーレンズ２６０，２７０及び反射ミラー２４０，２５０は、ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光成分を液晶光変調装置４００Ｂまで導く機能を有する。

なお、青色光の光路にこのようなリレーレンズ２６０，２７０が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光利用効率の低下を防止するためである。実施形態１に係るプロジェクター１０００においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、リレーレンズ及び反射ミラーを赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、照明装置１００からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置であり、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。なお、図示を省略したが、集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置される。これら入射側偏光板、各液晶光変調装置及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
各液晶光変調装置は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板から射出された、色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００からの光は、投写光学系６００によって投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

次に、実施形態１に係る光源装置１０及びプロジェクター１０００の効果を説明する。

実施形態１に係る光源装置１０によれば、複数のコリメーターレンズ３２から蛍光層６４までの光路中に少なくとも１つのアナモフィック面を備え、複数の固体光源２４が複数のコリメーターレンズ３２の焦点位置と光軸方向に異なる位置に配置されているため、蛍光層に入射する光のピーク強度を低減することが可能となる。その結果、蛍光層に与える熱的負荷を抑制することが可能となり、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、複数のコリメーターレンズ３２からの光を光軸の間隔が狭くなるように反射する反射部４０をさらに備えるため、先願に係る光源装置と同様に、従来の光源装置と比較して、後段の光学要素に入射する光における光軸の間隔を狭くすることが可能となり、その結果、後段の光学要素の大型化を抑制し、従来の光源装置よりも光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、蛍光層６４に入射する光（青色光）のピーク強度の低減を、先願に係る光源装置のように追加の光学要素を用いることなく、アナモフィック面を用いること及び固体光源２４とコリメーターレンズ３２との位置関係を調節することで行うため、固体光源からの光が蛍光層に到達するまでに多くの光学要素を経ることがないことから、光利用効率の低下を抑制可能となる。また、光源装置を構成する光学要素の数が多くなることもないため、光源装置の小型化及び軽量化が困難となることもない。

したがって、実施形態１に係る光源装置１０は、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能であり、かつ、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、従来の光源装置と同様に、複数の固体光源２４を備えるため、高輝度の光を射出することが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、集光光学系５０は１枚の集光レンズからなり、集光レンズの射出面５４はアナモフィック面（シリンドリカル面）からなるため、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、入射面５２が回転対称系の非球面からなるため、回転対称系の非球面からなる入射面を用いて、蛍光層に入射する光の入射具合を調整することが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、集光光学系５０におけるアナモフィック面が光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線を有するシリンドリカル面からなるため、比較的簡易な構成で、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、反射部４０の反射面４２がアナモフィック面（シリンドリカル面）からなるため、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、ストライプ状に形成され、光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な方向に沿う複数の反射面４２を有するため、ストライプ状に形成された各反射面の位置を調整することにより光路を制御し、後段の光学要素に入射する光における光軸の間隔を狭くすることが可能となるため、光源装置の設計を容易にすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、反射部４０におけるアナモフィック面が光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線を有するシリンドリカル面からなるため、比較的簡易な構成で、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、蛍光層６４が集光光学系５０の焦点位置と光軸方向に異なる位置に配置されているため、蛍光層に与える熱的負荷を一層抑制することが可能となり、蛍光層の劣化や焼損を抑制して一層寿命を長くすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光源装置１０によれば、固体光源２４が半導体レーザーからなるため、このような半導体レーザーを高密度で集積することにより、小型で高出力な光源装置とすることが可能となる。また、半導体レーザーが射出するレーザーは可干渉性が高く、後段の光学要素に到達するまでに散逸しにくいため、光利用効率を高くすることが可能となる。

実施形態１に係るプロジェクター１０００は、実施形態１に係る光源装置１０を備えるため、光利用効率が高く、また、小型化及び軽量化が可能となる。

［比較例］
図６は、比較例に係る光源装置１０ａを説明するために示す図である。図６（ａ）は比較例に係る光源装置１０ａの上面図であり、図６（ｂ）は比較例に係る光源装置１０ａの側面図であり、図６（ｃ）は蛍光層６４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図６（ｄ）は蛍光層６４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。

比較例に係る光源装置１０ａは、基本的には実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するが、反射部の反射面及び集光光学系の射出面が実施形態１に係る光源装置１０とは異なる。すなわち、比較例に係る光源装置１０ａは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、反射部４０ａの反射面４２ａ及び集光光学系５０ａの射出面５４ａが平面からなる。

このため、比較例に係る光源装置１０ａにおいては、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、反射部及び集光光学系の構成以外の点については、実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するにも関わらず、蛍光層６４に入射する光のピーク強度を低減することができないため、蛍光層６４に入射する光のピーク強度が約３５０Ｗ／ｍｍ^２にまで高くなってしまう。その結果、蛍光層に与える熱的負荷を抑制することができず、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることができない。

［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る光源装置１２を説明するために示す図である。図７（ａ）は実施形態２に係る光源装置１２の上面図であり、図７（ｂ）は実施形態２に係る光源装置１２の側面図であり、図７（ｃ）は蛍光層６４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図７（ｄ）は蛍光層６４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。

実施形態２に係る光源装置１２は、基本的には実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するが、反射部の反射面が実施形態１に係る光源装置１０とは異なる。すなわち、実施形態２に係る光源装置１２は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、反射部４０ａの反射面４２ａは平面からなる。

上記のように、実施形態２に係る光源装置１２においては、反射部４０ａの反射面４２ａは平面からなるが、蛍光層６４には、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、集光光学系５０のアナモフィック面（シリンドリカル面）を用いることと、固体光源２４とコリメーターレンズ３２との位置関係とにより、ピーク強度が低減された光が入射する。このときのピーク強度は、約１１０Ｗ／ｍｍ^２である。

その結果、実施形態２に係る光源装置１２は、反射部の反射面が実施形態１に係る光源装置１０とは異なるが、実施形態１に係る光源装置１０の場合と同様に、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能であり、かつ、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

なお、実施形態２に係る光源装置１２は、反射部の反射面以外は実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光源装置１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実施形態３］
図８は、実施形態３に係る光源装置１４を説明するために示す図である。図８（ａ）は実施形態３に係る光源装置１４の上面図であり、図８（ｂ）は実施形態２に係る光源装置１４の側面図であり、図８（ｃ）は蛍光層６４に入射する青色光の光強度を示すグラフであり、図８（ｄ）は蛍光層６４に入射する青色光の面内光強度分布を示す図である。

実施形態３に係る光源装置１４は、基本的には実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するが、集光光学系の射出面が実施形態１に係る光源装置１０とは異なる。すなわち、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、集光光学系５０ａの射出面５４ａは平面からなる。

上記のように、実施形態３に係る光源装置１４は、集光光学系５０ａの射出面５４ａは平面からなるが、蛍光層６４には、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、反射部４０のアナモフィック面（シリンドリカル面）を用いることと、固体光源２４とコリメーターレンズ３２との位置関係とにより、ピーク強度が低減された光が入射する。このときのピーク強度は、約２４０Ｗ／ｍｍ^２である。

その結果、実施形態３に係る光源装置１４は、集光光学系の射出面が実施形態１に係る光源装置１０とは異なるが、実施形態１に係る光源装置１０の場合と同様に、蛍光層の劣化や焼損を抑制して寿命を長くすることが可能であり、かつ、光利用効率の低下を抑制可能であるとともに光源装置の小型化及び軽量化が可能な光源装置となる。

なお、実施形態３に係る光源装置１４は、集光光学系の射出面以外は実施形態１に係る光源装置１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光源装置１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態においては、固体光源及び蛍光層として、青色光を生成する固体光源２４と、青色光の一部から赤色光及び緑色光を含む蛍光を生成する蛍光層６４とを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源及び蛍光層として、紫色光又は紫外光を生成する固体光源と、紫色光又は紫外光から赤色光、緑色光及び青色光を含む色光を生成する蛍光層とを用いてもよい。

（２）上記各実施形態においては、１枚の集光レンズからなる集光光学系を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。２枚以上の集光レンズからなる集光光学系を用いてもよい。集光光学系が２枚の集光レンズからなる場合には、２枚の集光レンズの射出面又は入射面のうち一面が回転対称系の非球面からなり、他の一面がアナモフィック面からなり、残りの二面が球面からなる集光光学系を用いることができる。

（３）上記各実施形態においては、「白色光として用いることができる光」を射出する光源装置１０としたが、本発明はこれに限定されるものではない。「白色光として用いることができる光」以外の光（例えば、赤色光及び緑色光からなる光や、特定の色光成分を多く含む光）を射出する光源装置としてもよい。

（４）上記各実施形態においては、発光強度のピークが約４６０ｎｍの青色光を生成する固体光源２４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発光強度のピークが４４０ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を生成する固体光源を用いてもよい。このような構成とすることにより、蛍光体における蛍光生成効率を向上させることが可能となる。

（５）上記各実施形態においては、固体光源として半導体レーザーからなる固体光源２４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固体光源として発光ダイオードからなる固体光源を用いてもよい。

（６）上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶光変調装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。

（７）上記各実施形態においては、プロジェクターの光変調装置として液晶光変調装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置等を用いてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

（８）上記各実施形態においては、３つの液晶光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。

（９）本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。

（１０）上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等。）に適用することもできる。

１０，１４，１６…光源装置、２０固体光源アレイ、２２…基板、２４…固体光源、３０コリメーターレンズアレイ、３２…コリメーターレンズ、４０，４０ａ…反射部、４２，４２ａ…反射面、５０…集光光学系、５２…（集光光学系の）入射面、５４，５４ａ…（集光光学系の）射出面、６０…蛍光生成部、６２…透明部材、６４…蛍光層、７０…コリメーター光学系、７２…第１レンズ、７４…第２レンズ、１００…照明装置、１００ａｘ，１００ａａｘ，１０２ａｘ，１０４ａｘ…照明光軸、１１０…レンズインテグレーター光学系、１２０…第１レンズアレイ、１２２…第１小レンズ、１３０…第２レンズアレイ、１３２…第２小レンズ、１４０…偏光変換素子、１５０…重畳レンズ、２００…色分離導光光学系、２１０，２２０…ダイクロイックミラー、２３０，２４０，２５０…反射ミラー、２６０，２７０…リレーレンズ、３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…集光レンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶光変調装置、５００…クロスダイクロイックプリズム、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター、ＳＣＲ…スクリーン

Claims (10)

1. 複数の固体光源と、
   前記複数の固体光源からの光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズと、
   前記複数のコリメーターレンズからの光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系からの光のうち、少なくとも一部から蛍光を生成する蛍光層と、を備える光源装置であって、
   前記複数のコリメーターレンズから前記蛍光層までの光路中に、少なくとも１つのアナモフィック面を備え、
   前記複数の固体光源は、前記複数のコリメーターレンズの焦点位置とは、光軸方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記集光光学系は第１の集光レンズを備え、
   前記第１の集光レンズの射出面又は入射面のうち少なくとも一面はアナモフィック面からなることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記集光光学系は、１枚の集光レンズからなり、
   前記集光レンズの射出面がアナモフィック面からなり、
   前記集光レンズの入射面は、回転対称系の非球面からなることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記複数のコリメーターレンズから前記集光光学系までの光路中に、前記複数のコリメーターレンズからの光を光軸の間隔が狭くなるように反射する反射部をさらに備えることを特徴とする光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記アナモフィック面は、前記光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線を有するシリンドリカル面からなることを特徴とする光源装置。
6. 請求項４または５に記載の光源装置において、
   前記反射部は、ストライプ状に形成され、前記光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な方向に沿う複数の反射面を有し、
   前記反射面は、アナモフィック面からなることを特徴とする光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置において、
   前記アナモフィック面は、前記光軸の間隔を狭くする方向に対して垂直な母線を有するシリンドリカル面からなることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光源装置において、
   前記蛍光層は、前記集光光学系の焦点位置とは、光軸方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１〜８に記載の光源装置において、
   前記固体光源は、半導体レーザーからなることを特徴とする光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光源装置を備える照明装置と、
    前記照明装置からの光を変調する光変調装置と、
    前記光変調装置からの光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。